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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Charakterisieren
des Flammzustandes in einem Heizbrenner eines Fahrzeugheizgerätes.
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In
modernen Kraftfahrzeugen werden zunehmend zusätzliche Heizaggregate eingesetzt,
um beispielsweise im Stillstand des Antriebsaggregats oder zusätzlich zu
dem Antriebsaggregat Luft zu erwärmen
und diese erwärmte
Luft dem Fahrgastraum oder der Führerkabine
zuzuführen.
Derartige Heizeinrichtungen oder Zusatzheizer weisen im Allgemeinen
einen Heizbrenner auf, in welchem ein Brennstoff, der im Allgemeinen
auch dem in einem Fahrzeugantriebsaggregat zu verbrennenden Brennstoff entspricht,
zusammen mit zugeführter
Verbrennungsluft verbrannt wird. Die dabei entstehende Wärme wird
auf ein in einem Wärmetauscherbereich den
Heizbrenner umströmendes
Medium, beispielsweise Luft oder Wasser, übertragen. Die Verbrennungsluft
und auch diejenige Luft oder dasjenige Medium, auf welches die Wärme übertragen
werden soll, werden im Allgemeinen durch Gebläse, Pumpen oder Ventilatoren
zum Heizbrenner bzw. in den Wärmetauscherbereich
gefördert.
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Bei
derartigen Systemen ist es von Bedeutung, den aktuellen Betriebszustand
des mit dem zu fördernden
Medium zu versorgenden Systembereichs zu erkennen. Beispielsweise
ist es im Bereich des Heizbrenners von Bedeutung zu erkennen, ob darin
eine Verbrennung stattfindet oder nicht. Bei bekannten Systemen
erfolgt dies durch Temperatursensierung von bei der Verbrennung
thermisch beeinflussten Bauteilen oder beispielsweise durch optische
Abtastung einer Brennkammer. Während
die Temperaturerfassung von thermisch beeinflussten Bauteilen eine
vergleichsweise träge
Mess methode ist, bringt die optische Temperaturerfassung Probleme
dahingehend mit sich, dass beispielsweise ein Lichtleiter dicht
in eine Brennkammer geführt
werden muss und dass des Weiteren die Erfassung durch möglicherweise
im Bereich des Sensors auftretende Ablagerung von Verschmutzungspartikeln
beeinflusst wird.
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Aus
der
DE 197 52 839
A1 ist es bekannt, eine im Strömungsweg der Verbrennungsluft
eines Fahrzeugheizgerätes
auftretende Verdämmung durch
eine Abweichung der Ist-Drehzahl von der Soll-Drehzahl des Brennluftgebläses zu erkennen. Durch
eine geänderte
Ansteuerung wird dafür
gesorgt, dass die Drehzahl wieder im Bereich der Soll-Drehzahl liegt.
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Die
DE 196 05 216 A1 offenbart
ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugheizgerätes, bei welchem
in verschiedenen Betriebsphasen verschiedene anzusteuernde Systembereiche
in aufeinander abgestimmter Art und Weise betrieben werden. So werden
die Brennstoffdosierung und die in eine Brennkammer geleitete Fördermenge
aufeinander abgestimmt. Der Flammzustand wird anhand eines Flammwächtersignals überwacht.
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Die
35 01 719 C2 offenbart eine Flammwächtereinrichtung für ein brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät, die Flammwächtereinrichtung umfasst
dabei lichtempfindliche Sensoren, welche auf optischem Wege den
Flammzustand in einer Brennkammer detektieren.
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Die
DE 44 33 210 C2 offenbart
ein Fahrzeugheizgerät,
bei welchem an einem Wärmetauschergehäuse ein
sowohl als Flammwächter
als auch als Überhitzungsschutzsensor
dienender Tempertaursensorangeordnet ist. Das Erreichen bestimmter Temperaturschwellenwerte
indiziert das Vorhandensein einer Verbrennung bzw. das Auftreten
einer drohenden Überhitzung.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Chrakterisieren
des Flammzustandes in einem Heizbrenner eines Fahrzeugheizgerätes vorzusehen,
mit dem in einfacher und zuverlässiger
Art und Weise der Flammzustand in einem Fahrzeugheizgerät charakterisiert
werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch das im Anspruch 1 definierte Verfahren gelöst.
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Implementiert
sein kann eine derartige erfindungsgemäße Vorgehensweise bei einem
Fahrzeugheizgerät,
das eine Verbrennungsluftfördereinrichtung
aufweist zum Fördern
von Verbrennungsluft zu einem Heizbrenner eines Kraftfahrzeugs,
umfassend ein durch einen Antrieb zur Drehung antreibbares Förderorgan,
eine Drehzustands-Überwachungsanordnung
zum Überwachen
des Drehzustands des Förderorgans
sowie eine Betriebszustands-Ermittlungsanordnung zum Ermitteln des
Betriebszustands eines durch die Fluidfördereinrichtung mit Fluid zu versorgenden
Systems beruhend auf dem Überwachungsergebnis
der Drehzustands-Überwachungsanordnung.
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass Veränderungen
im Betriebszustand eines mit einem Fluid zu beschickenden Systems
im Allgemeinen Auswirkungen auf den Strömungszustand des dieses System
durchströmenden
Fluids haben. So hat beispielsweise die Tatsache, ob in einem Heizbrenner
eine Verbrennung stattfindet oder nicht, zur Folge, dass bei stattfindender
Verbrennung aufgrund der thermisch bedingten Expansion der im Brennraum
vorhandenen Gase ein deutlich höherer Druckabfall
zwischen diesem Systembereich und demjenigen Bereich, in welchem
die Abgase dann austreten, vorhanden sein wird, als in einem Zustand, in
dem keine Verbrennung stattfindet. Ein höherer Druckabfall bedeutet
jedoch, dass die Fördereinrichtung
beziehungsweise das Förderorgan
derselben gegen einen höheren
Druck arbeiten muss. Dies beeinflusst jedoch den Drehzustand dieses
Förderorgans
bzw. erfordert zur Aufrechterhaltung eines bestimmten vorgegebenen
Drehzustands Veränderungen
in der Betriebscharakteristik des Antriebs für das Förderorgan. Gemäß der vorliegen den
Erfindung wird nun der Drehzustand des Förderorgans überwacht, so dass beruhend
auf diesem Überwachungsergebnis,
das gegebenenfalls einen veränderten
Betriebszustand des Antriebs des Förderorgans zur Folge haben
kann, beispielsweise die Änderung
eines Ansteuersignals, Aussagen über
den Betriebszustand des mit dem geförderten Fluid beschickten Systems
getroffen werden können.
Fällt beispielsweise
bei nicht verändertem
Betriebszustand, d. h. beispielsweise nicht veränderter Ansteuerung des Antriebs,
die Drehzahl des Förderorgans
ab, so ist dies ein Hinweis darauf, dass in dem stromabwärtigen Leitungssystem
eine Erhöhung
des Strömungswiderstands
aufgetreten ist. Im Falle eines Heizbrenners kann somit darauf geschlossen
werden, dass dieser gezündet
hat.
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Beispielsweise
kann bei der Einrichtung vorgesehen sein, dass der Antrieb ein elektromotorischer
Antrieb ist, dass dem elektromotorischen Antrieb eine Ansteuervorrichtung
zugeordnet ist, welche beruhend auf dem Überwachungsergebnis an den elektromtorischen
Antrieb ein durch wenigstens eine Ansteuergröße charakterisiertes Ansteuersignal
ausgibt, und dass die Betriebszustands-Ermittlungsanordnung den
Betriebszustand des Systems beruhend auf der Ansteuergröße oder/und
einer zeitlichen Änderung
derselben ermittelt. Dabei wird also zur Charakterisierung beziehungsweise
Erkennung des Betriebszustands des mit Fluid zu beschickenden Systems
eine Größe ausgewertet,
welche im normalen Betrieb ohnehin auftritt. Es sind somit keine
zusätzlichen
baulichen Maßnahmen
an einem derartigen System, wie z. B. das Bereitstellen von Sensoren oder
dergleichen, erforderlich.
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Beispielsweise
kann vorgesehen sein, dass die Betriebszustands-Ermittlungsanordnung
dann, wenn die Ansteuergröße oder/und
die zeitliche Änderung
derselben eine vorbestimmte Schwelle erreicht, das Vorliegen eines
bestimmten Betriebszustands erkennt. Die Ansteuergröße kann
beispielsweise ein Tastverhältnis
einer dem elektromotorischen Antrieb zugeführten elektrischen Größe wiedergeben,
welche beispielsweise die an diesen angelegte Spannung sein kann.
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Das
Ansteuersignal kann ein getaktetes Signal sein, wiedergegeben durch
ein Tastverhältnis
einer einem elektromotorischen Antrieb des Förderorgans zugeführten elektrischen
Größe. Diese
Größe kann
beispielsweise die an den elektromotorischen Antrieb angelegte Spannung
sein.
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Beim
Einsatz von elektromotorischen Antrieben in Verbrennungsluft-Fördersystemen
von Heizbrennern, wie z. B. Zusatzheizern in Kraftfahrzeugen, wird
im Allgemeinen derart vorgegangen, dass durch eine entsprechende
Regelschleife die Drehzahl des Förderorgans
auf einem im Wesentlichen konstanten Wert gehalten wird. Dieser
Wert ist derart eingestellt, dass bei stattfindender Verbrennung
und dem dabei bekanntermaßen
sich ergebenden Strömungswiderstand
für das
zugeführte
Gas sich der gewünschte beziehungsweise
erforderliche Volumenstrom ( = durch einen bestimmten Kanalabschnitt
pro Zeiteinheit hindurchtretendes Fluidvolumen) einstellen wird. Bei
einem derartigen System kann gemäß einem
vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung dann vorgesehen
sein, dass zum Erhalt einer vorgegebenen Drehzahl des Förderorgans
das Tastverhältnis auf
einen veränderbaren
Tastverhältniswert
eingestellt wird und dass dann, wenn der Tastverhältniswert
oder/und eine zeitliche Änderungsrate
desselben eine vorbestimmte Schwelle erreicht, das Vorliegen oder
Eintreten eines bestimmten Betriebszustands des Systems erkannt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen anhand bevorzugter Ausgestaltungsformen detailliert
beschrieben. Es zeigt:
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1 eine
blockbildartige Darstellung einer in Verbindung mit einem Heizbrenner
in einem Kraftfahrzeug eingesetzten Fluidfördereinrichtung;
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2 die
bei konstanter Drehzahl eines Förderorgans
sich ergebende Volumenstrom-Gegendruck-Kennlinie für den in 1 dargestellten
Heizbrenner;
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3 den
zeitlichen Verlauf eines Ansteuersignals für den elektromotorischen Antrieb
der Fluidfördereinrichtung
der 1;
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4 die
zeitliche Änderung
des Tastverhältnisses
des Ansteuersignals der 3 beim Übergang zwischen einem Verbrennungszustand
und einem Nichtverbrennungszustand des Heizbrenners der 1;
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5 ein
der 2 entsprechendes Diagramm, welches die Volumenstrom-Gegendruck-Kennlinie
für ein
Heizluftleitungssystem in einem Kraftfahrzeug wiedergibt.
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In 1 ist
ein Gesamtsystem dargestellt, anhand welchem im Folgenden die Prinzipien
der vorliegenden Erfindung dargestellt werden. Dieses Gesamtsystem
umfasst einen allgemein mit 10 bezeichneten Heizbrenner,
wie er beispielsweise als Standheizung oder Zusatzheizung Anwendung
in einem Kraftfahrzeug finden kann. Diesem Heizbrenner 10 ist
ein mit 12 bezeichnetes Verbrennungsluftgebläse zugeordnet,
durch welches, wie durch einen Pfeil P1 angedeutet,
zur Verbrennung erforderliche Luft in eine Brennkammer 14 des
Heizbrenners 10 gefördert
wird. Das Gebläse 12 umfasst
ein durch einen Elektromotor 16 zur Drehung antreibbares
Förderrad 18.
Die Drehzahl dieses Förderrads 18 beziehungsweise
einer dieses tragenden Welle 20 wird durch einen Drehzahlsensor 24 erfasst.
Das Ausgangssignal dieses Drehzahlsensors 24 wird, wie
im Folgenden noch beschrieben, zu einer Ansteuervorrichtung 26 geleitet
und in dieser ausgewertet.
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Dem
Heizbrenner 10 ist ferner eine Dosierpumpeneinrichtung 28 zugeordnet,
durch welche in einem Brennstofftank 30 enthaltener Brennstoff
in definiert dosierter Art und Weise in die Brennkammer 14 geleitet
wird (Pfeil P2). Eine in der Brennkammer 14 beispielsweise
vorhandene Glühkerze
entzündet den
beispielsweise in zerstäubter
Art und Weise in die Brennkammer 14 eingeleiteten Brennstoff
und bringt ihn zur Verbrennung mit dem in der zugeführten Verbrennungsluft
enthaltenen Sauerstoff. Die Verbrennungsabgase werden, wie durch
einen Pfeil P3 angedeutet, über ein
nicht detaillierter dargestelltes Abgasführungssystem, gegebenenfalls
mit Katalysator, nach außen
hin abgegeben.
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Dem
Heizbrenner 10 ist ferner ein Wärmetauscherbereich 32 zugeordnet.
Dieser Wärmetauscherbereich 32 wird
von einem zu erwärmenden Fluid,
beispielsweise Heizluft oder auch Wasser durchströmt, wie
durch die Pfeile P4 und P5 angedeutet.
Dabei wird die bei der Verbrennung in der Brennkammer 14 erzeugte
und in den Verbrennungserzeugnissen zunächst enthaltene Wärme zum
Teil auf dieses zu erwärmende
Fluid oder Medium übertragen.
Im Falle von Heizluft kann diese beispielsweise dann direkt in eine
Fahrgastkabine eines Fahrzeugs eingespeist werden. Wird als Medium
Wasser herangezogen, so kann dieses in einem weiteren Wärmetauscherbereich
seine Wärme
dann auf Heizluft übertragen,
welche dann wiederum in den Fahrgastraum eingespeist werden kann.
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Der
Elektromotor 16 und die Dosierpumpeinrichtung 28 stehen
unter Ansteuerung der Ansteuervorrichtung 26. Diese erzeugt
beispielsweise in einem Ansteuerbereich 34 für die Dosierpumpeinrichtung 28 entsprechende
Ansteuerbefehle. Beispielsweise ist es möglich, dass im Falle einer
elektromagnetisch erregten Dosierpumpeinrichtung 28 durch den
Ansteuerbereich 34 eine von einer Spannungsquelle 36 gelieferte
elektrische Spannung in getakteter Art und Weise an eine oder mehrere
Magnetspulen der Dosierpumpeinrichtung 28 angelegt wird,
um entsprechend dem Tastverhältnis
und auch der Taktfrequenz vermittels der Dosierpumpeinrichtung 28, wie
durch den Pfeil P2 angedeutet, dann Brennstoff
in die Brennkammer 14 einzuleiten.
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Ebenso
wie im Falle der Dosierpumpeinrichtung 28 kann der Ansteuerbereich 34 auch
den Betrieb des Elektromotors 16 steuern beziehungsweise regeln.
Zum Erhalt einer korrekten Verbrennung in der Brennkammer 14 ist es
erforderlich, vermittels des Gebläses 12 eine der eingeleiteten
Brennstoffmenge in korrekter Art und Weise mengenmäßig zugeordnete
Verbrennungsluftmenge einzuleiten. Das heißt, das Gebläse 12 muss
dazu ausgebildet sein, im Verbrennungsbetrieb einen vorgegebenen
Volumenstom (pro Zeiteinheit in die Brennkammer 14 eingeleitetes
Verbrennungsluftvolumen) aufrechtzuerhalten. Auch hier kann derart
vorgegangen werden, dass an den Elektromotor 16 eine Spannung
vorgegebener Höhe
in getakteter Art und Weise angelegt wird. Dies ist beispielsweise
anhand der 3 erkennbar. Man sieht dort,
dass die getaktete Spannung mit einer Spannungshöhe von UV mit
einer Taktperiodendauer D und einer Impulsbreite I1 angelegt wird,
so dass zunächst
sich ein Tastverhältnis
von I1/D ergibt. Um dies zu erhalten, kann
beispielsweise durch den Ansteuerbereich 34 ein entsprechender Schalterbereich 38 angesteuert
werden, über
welchen die von der Spannungsquelle 36 gelieferte Spannung
in getakteter Art und Weise beispielsweise mit einer Frequenz im
Bereich von 16 kHz bis 20 kHz angelegt wird.
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Die
im Elektromotor 16 aufzubringende elektrische Leistung
hängt von
verschiedenen Betriebsparametern ab und kann letztendlich wiedergegeben
werden durch die folgende Größe: V × Δp/η (1)
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Dabei
entspricht V dem Volumenstrom der Verbrennungsluft, Δp entspricht
im Wesentlichen dem im Heizbrenner 10 aufgebauten Gegendruck, gegen
welchen das Gebläse 12 fördern muss
und ist somit ein Maß für den im
Heizbrenner 10 bzw. den stromabwärtigen Leitungskomponenten
vorhandenen Strömungswiderstand.
Die Größe η gibt den
Wirkungsgrad des Gebläses 10 wieder,
wobei selbstverständlich
auch der Wirkungsgrad des Elektromotors 16 in diese Größe eingeht.
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In 2 ist
eine Kennlinie K1 dargestellt, welche für einen
konstanten Drehzahlwert den Zusammenhang zwischen Volumenstrom V
und Gegendruck, also Strömungswiderstand, Δp wiedergibt. Man
erkennt, dass bei konstanter Drehzahl mit zunehmendem Gegendruck Δp der Volumenstrom
abnimmt. Dieser aus der Kennlinie K1 entnehmbare
Zusammenhang wird gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung dazu genutzt, den Betriebszustand des
Heizbrenners 10 zu charakterisieren.
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Es
sei hierzu zunächst
angenommen, dass der Heizbrenner 10 eben in Betrieb genommen
wird, d. h. in der Brennkammer 14 findet noch keine Verbrennung
statt. Die durch das Gebläse 12 in
die Brennkammer 14 eingeleitete Verbrennungsluft durchströmt diese
Brennkammer 14 und das sich stromabwärtig anschließende Abgasführungssystem.
Für dieses
spezielle Strömungssystem
ergibt sich somit eine den Strömungswiderstand
charakterisierende Kennlinie K2 für einen
Zustand ohne Verbrennung. Diese Kennlinie K2 gibt
letztendlich für
verschiedene Drehzahlen und somit verschiedene Strömungsgeschwindigkeiten
den Strömungswiderstand für die in
den Heizbrenner 10 eingeleitete beziehungsweise diesen
durchströmende
Verbrennungsluft an. Für
die konkret vorgegebene Drehzahl, welcher auch die Kennlinie K1 zugeordnet ist, ergibt sich dann ein im
Kreis a vorhandener Schnittpunkt zwischen den beiden Kennlinien
K1 und K2 als der
Arbeitspunkt des Gesamtsystems. Das heißt, es wird aufgrund des vorherrschenden
Gegendrucks beziehungsweise Strömungswiderstands Δp1 sich ein Volumenstrom V1 einstellen.
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Zündet nun
der in die Brennkammer 14 des Heizbrenners 10 eingeleitete
Brennstoff und tritt dabei die gewünschte Verbrennungsreaktion
auf, so führt
dies aufgrund des deutlichen Temperaturanstiegs auch zu einer erheblichen
Expansion der in der Brennkammer 14 und von dieser stromabwärts strömenden Verbrennungserzeugnisse,
d. h. der Verbrennungsgase. Dies bedeutet, dass in der Brennkammer 14 und
dem stromabwärtigen
Leitungssystem ein deutlich höherer
Druck – gemessen
bezüglich
des Umgebungs drucks – auftreten
wird, welcher letztendlich einem deutlich erhöhten Gegendruck entspricht,
gegen welchen nunmehr das Gebläse 12 fördern muss.
Diesem Betriebszustand, in welchem in der Brennkammer 14 eine
Verbrennung auftritt, ist nunmehr eine verschobene Strömungswiderstandskennlinie
K3 zugeordnet. Es ergibt sich – konstant
gehaltene Drehzahl vorausgesetzt – nunmehr im Kreis b ein neuer
Schnittpunkt zwischen den Kennlinien K1 und
K3. Dies bedeutet, es hat sich der Arbeitspunkt des
Systems verschoben, und bei einem Gegendruck beziehungsweise Strömungswiderstand Δp2, welcher deutlich über dem ohne Verbrennung vorhandenen
Wert Δp1 liegt, stellt sich nunmehr ein verringerter
Volumenstrom V2 ein.
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Die
in 2 strichliert eingezeichneten Rechtecke mit den
Seitenlängen Δp1, V1 beziehungsweise Δp2, V2 sind, wie man
der vorangehend angegebenen Formel (1) entnehmen kann, ein Maß für die vom
Elektromotor 16 aufzubringende elektrische Leistung. Man
erkennt, dass die im Falle von Verbrennung geforderte elektrische
Leistung größer ist, als
die elektrische Leistung, die bei nicht vorhandener Verbrennung
gefordert wird. Um also die Drehzahl des Elektromotors 16 konstant
halten zu können,
muss dieser höheren
geforderten elektrischen Leistung Rechnung getragen werden, indem,
wie in 3 erkennbar, das Tastverhältnis verändert wird. Zu diesem Zwecke
wird nunmehr bei auftretender Verbrennung von der Impulsdauer I1 zur Impulsdauer I2 übergegangen,
wobei jedoch grundsätzlich
die Periodendauer D beibehalten bleibt.
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Der Übergang
in den Betrieb mit erhöhter
Impulsdauer I2 kann in Form eines Regelprozesses stattfinden.
Tritt im Heizbrenner 10 beziehungsweise der Brennkammer 14 desselben
die Verbrennung auf, so ist dies ein mehr oder weniger kontinuierlicher Übergang,
welcher sich aufgrund des auch allmählich ansteigenden Gegendrucks Δp in einer
Verringerung der Drehzahl des Gebläses 12 wiederspiegelt. Dies
wird jedoch durch den Drehzahlsensor 24 beziehungsweise
den Ansteuerbereich 34 erkannt, und in Form einer Regelschleife
wird durch entsprechende Ausgabe eines ein angepasstes Tastverhältnis repräsentierenden
Signals vom Ansteuerbereich 34 zum Schalterbereich 36 die
elektrische Leistung des Elektromotors 16 erhöht. Es sei
hier darauf hingewiesen, dass die vermittels der Ansteuervorrichtung 26 durch geeignete
Maßnahmen
konstant zu haltende Drehzahl des Gebläserades 18 derart
bestimmt ist, dass für
den Fall korrekter Verbrennung und dem sich dabei letztendlich einstellenden
Gegendruck beziehungsweise Strömungswiderstand Δp die erforderliche
Verbrennungsluftmenge in die Brennkammer 14 eingespeist
wird. Dies bedeutet, dass in dem Zustand, in dem noch keine Verbrennung
vorliegt, bei gleicher Drehzahl eine größere Verbrennungsluftmenge
beziehungsweise ein größerer Volumenstrom der
Verbrennungsluft in die Brennkammer 14 geleitet wird.
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Die
beruhend auf der Ausgabe des Drehzahlsensors 24, d. h.
letztendlich auch beruhend auf der aktuellen Drehzahl beziehungsweise
Drehzahländerung
des Förderrades 18 im
Ansteuerbereich 34 erzeugte und das Tastverhältnis T
repräsentierende
Größe wird
in einem Überwachungsbereich 40 der Ansteuervorrichtung 26 überwacht.
Zu diesem Zwecke kann die das Tastverhältnis T repräsentierende Größe im Überwachungsbereich 40 mit
einem oder mit mehreren Schwellenwerten verglichen werden. Dies
wird im Folgenden anhand der 4 beschrieben.
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Es
sei hier zunächst
angenommen, dass zum Zeitpunkt t0 das System
in Betrieb gesetzt wird und durch entsprechende Ausgabe aus dem
Ansteuerbereich 34 an den Elektromotor 16 eine
Spannung mit einem Tastverhältniswert
T1 angelegt wird. Zum Zeitpunkt t1 beginnt das in der Brennkammer 14 vorhandene
Gemisch aus Brennstoff und Verbrennungsluft zu zünden mit der Folge, dass nun
allmählich
der Gegendruck Δp
ansteigt. Der ansteigende Gegendruck macht sich in einem Abfall
der Drehzahl des Förderrades 18 bemerkbar.
Dem wird jedoch, wie vorangehend bereits beschrieben, durch entsprechende
Erhöhung
des Tastverhältnisses
T, d. h. Ausgabe eines entsprechend angepassten Signals vom Ansteuerbereich 34 zum
Schalterbereich 38, Rechnung getragen. Dies ist auch in 4 erkennbar,
wo beginnend zum Zeitpuntk t1 auch das Tastverhältnis T
beginnt, ausgehend vom Wert T1 anzusteigen.
Zum Zeitpunkt t2 hat der Tastverhältniswert
eine Schwelle ST1 erreicht. Dies wird im Überwachungsbereich 40 erkannt,
und es kann beispielsweise dann darauf geschlossen werden, dass
nunmehr im Wesentlichen eine korrekte Verbrennung in der Brennkammer 14 abläuft. Nach
dem Zeitpunkt t2 steigt bis zum Zeitpunkt
t3 durch sich noch geringfügig ändernde
Verbrennungsverhältnisse
der Gegendruck Δp noch
geringfügig
an, was eine entsprechende geringfügige Änderung des Tastverhältnisses
auf einen Wert T2 zur Folge hat. In der
Phase zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 findet eine korrekte Verbrennung statt,
so dass letztendlich sowohl im Gegendruck Δp als auch im Tastverhältnis T
im Wesentlichen keine Änderung
auftreten wird. Zum Zeitpunkt t4 wird das System
abgestellt, und die in der Brennkammer 14 zunächst noch
stattfindende Verbrennung kommt allmählich zum Erlöschen. Dabei
nimmt selbstverständlich
auch der Strömungswiderstand,
d. h. der im System vorhandene Gegendruck Δp ab mit der Folge, dass ohne
Gegenregelung die Drehzahl des Gebläserades 18 ansteigen
würde.
Dem wird jedoch wieder durch Änderung
des Tastverhältnisses
T im Sinne einer Verringerung der Impulszeitdauer Rechnung getragen,
so dass ab dem Zeitpunkt t4 das Tastverhältnis T
wieder abnimmt. Ist zum Zeitpunkt t5 dann ein
weiterer Schwellenwert ST2 erreicht, so
kann darauf geschlossen werden, dass nunmehr in der Brennkammer 14 im
Wesentlichen keine Verbrennung mehr stattfindet und der Heizbrenner 10 außer Betrieb
ist. Vom Zeitpunkt t5 bis zum Zeitpunkt
t6 ändern sich
die Verbrennungs- beziehungsweise Strömungsverhältnisse nur noch geringfügig, bis
letztendlich zum Zeitpunkt t6 wieder der
Tastverhältniswert
T1 erreicht ist, der zum Bereithalten der
konstanten Drehzahl des Gebläserades 18 bei
nicht vorhandener Verbrennung erforderlich ist. Mit diesem Tastverhältnis T1 kann beispielsweise das Gebläse 12 noch
eine vorbestimmte Zeitdauer angesteuert werden, um die in der Brennkammer 14 noch
vorhandenen Restverbrennungsgase aus dieser auszublasen. Durch Erreichen
der jeweiligen Schwellenwerte ST1 beziehungsweise
ST2 kann also unter Berücksichtigung der Tatsache,
ob das Tastverhältnis
T ansteigt oder abfällt,
darauf geschlossen werden, in welchem Betriebszustand der Heizbrenner 10 sich
befindet, d. h. ob und in welchem Ausmaß Verbrennung darin stattfindet.
Der Überwachungsbereich 40 kann
beispielsweise bei Erreichen dieser Schwellenwerte ein entsprechendes
den Betriebszustand des Heizbrenners 10 charakterisierendes
Signal liefern. Deutet dieses Signal beispielsweise darauf hin,
dass keine Verbrennung vorliegt, wird jedoch gleichzeitig die Dosierpumpeinrichtung 28 betrieben,
um Brennstoff in die Brennkammer 14 zu fördern, so
kann dies ein Hinweis darauf sein, dass beispielsweise im Brennstofftank 30 kein
Brennstoff mehr vorhanden ist oder dass aufgrund anderer Umstände oder
Defekte keine Verbrennung stattfindet. Dies kann zur Erzeugung einer
entsprechenden Warnung oder zur Stillsetzung des gesamten Systems
führen.
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In 4 ist
die Auswertung des Absolutwertes des Tastverhältnisses T dargestellt. Dies
ist eine Vorgehensweise, die vor allem bei Systemen Anwendung finden
kann, bei welchen die Änderung
des Betriebszustands, also beispielsweise der Übergang von einem Zustand ohne
Verbrennung zu einem Zustand mit Verbrennung, relativ starke Änderungen
in diesem Absolutwert des Tastverhältnisses T nach sich zieht.
Da jedoch in dem Absolutwert des Tastverhältnisses auch systemspezifische
Baugrößen und Fertigungstoleranzen
sich widerspiegeln, kann es vorteilhaft sein, nicht den Absolutwert,
sondern die zeitliche Änderung,
also den Gradienten des Tastverhältnisses,
auszuwerten. Die Auswertung verläuft dann
letztendlich genauso wie vorangehend beschrieben, wobei in dem in 4 repräsentierten Beispiel
in der Phase 1, in welcher der Übergang
vom nichtverbrennenden zum verbrennenden Zustand stattfindet, ein
positiver Gradient den Übergang
zum verbrennenden Zustand anzeigt, während in der Phase 2 ein negativer
Gradient das Einstellen der Verbrennung anzeigt. Auch hier können für die Gradienten
dann entsprechende Schwellenwerte gesetzt werden, die dann in dem Überwachungsbereich 40 in der
vorangehend beschriebenen Art und Weise mit dem tatsächlich vorliegenden
Gradienten verglichen werden und somit zur Erzeugung von den Betriebszustand
des Heizbrenners charakterisierender Information beitragen.
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Vorangehend
ist der besonders bevorzugte Anwendungsbereich der Prinzipien der
vorliegenden Erfindung zur Überwachung
des Flammzustandes eines Heizbrenners, wie er beispielsweise in
Kraftfahrzeugen Einsatz finden kann, beschrieben worden. Diese Prinzipien
lassen sich jedoch bei jedem System anwenden, bei welchem durch
eine Fluidförderanordnung,
also beispielsweise das in 1 dargestellte
Gebläse 12,
ein Fluid durch ein Leitungssystem gefördert wird. Eine Veränderung
im Strömungswiderstand
in diesem Leitungssystem hat eine Auswirkung auf die Drehzahl der
Fluidförderanordnung beziehungsweise
des Förderorgans
derselben. Diese Drehzahländerung
kann entweder unmittelbar als Indikator für die sich ändernden Strömungsverhältnisse
herangezogen werden, d. h. es könnte
letztendlich in dem Überwachungsbereich
auch direkt die Drehzahl mit entsprechenden Schwellenwerten verglichen
werden, anstelle der vorangehend beschriebenen Auswertung einer
Größe, die
mit der Drehzahl im Zusammenhang besteht, d. h. beruhend auf dieser
erzeugt wird. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Vorgehensweise
auch zum Einsatz kommen bei der Überwachung
des Leitungssystems für
das den Wärmetauscherbereich 32 durchströmende Heizmedium,
also beispielsweise die Heizluft. Dies ist anhand des Diagramms
der 5 veranschaulicht. Auch hier ist, ähnlich wie
in der 2, eine Kennlinie K1' dargestellt, welche
für das
für die
Heizluft eingesetzte Gebläse
beziehungsweise das Heizluftleitungssystem bei vorgegebener Drehzahl
den Zusammenhang des Volumenstroms V mit dem Gegendruck Δp darstellt.
Für den
Zustand ordnungsgemäßer Durchströmung ist
wieder eine Strömungswiderstandskennlinie
K2' vorhanden,
so dass anhand des im Kreis a' vorhandenen
Schnittpunktes wieder der Betriebspunkt des Systems für ordnungsgemäße Funktion
erkennbar ist.
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Ändert sich
jedoch der Strömungswiderstand,
beispielsweise durch absichtliche oder unabsichtliche Verdämmung des
Leitungssystems, so verschiebt sich die Kennlinie K2' nunmehr zu einer
Kennlinie K3' mit der Folge, dass im Kreis b' ein neuer Betriebspunkt
erhalten wird. Aufgrund des höheren
Gegendrucks Δp2' stellt
sich ein entsprechend verringerter Volumenstrom V2' ein. Auch in diesem
Falle ändert
sich die geforderte elektrische Leistung, so dass zum Beibehalt
der Drehzahl beispielsweise wiederum das Tastverhältnis verändert wird.
Auch hier kann das Tastverhältnis
beziehungsweise die zeitliche Veränderung desselben dann wieder überwacht
werden, um letztendlich den Betriebszustand des Systems, in welches
die Heizluft gefördert
wird, also des Heizluftleitungssystems, charakterisierende Information
zu erlangen. Auch hier könnte
jedoch bei nicht veränderter
Ansteuerung des Gebläses
für die
Heizluft durch Veränderung
der Drehzahl eine Veränderung
in der Strömungscharakteristik
erkannt werden.
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Das
erfindungsgemäße Prinzip,
eine Veränderung
im Betriebszustand eines mit einem Fluid beschickten Systems dadurch
zu erkennen, dass die Drehzahl eines Fluidförderorgans oder eine mit dieser
im Zusammenhang stehende beziehungsweise beruhend auf dieser erzeugte
Größe hinsichtlich
ihres Absolutwertes oder ihrer zeitlichen Änderung überwacht wird, kann auch Einsatz
bei jedwedem System finden, bei welchem ein Fluid zu fördern ist, wobei
das Fluid nicht notwendigerweise gasförmig sein muss. Auch bei der
Förderung
von Flüssigkeit vermittels
entsprechender Schaufelräder
haben Änderungen
im Strömungswiderstand
des stromabwärts
eines derartigen Schaufelrades liegenden Leitungssystems eine Auswirkung
auf den Drehzustand des Leitungssystems, also induzieren eine Änderung der
Drehzahl desselben beziehungsweise erfordern zum Beibehalt der Drehzahl
eine entsprechend geänderte
Ansteuerung. Es sei des Weiteren noch darauf hingewiesen, dass insbesondere
aufgrund der Tatsache, dass auch unmittelbar die Drehzahl ausgewertet
werden kann, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auch Anwendung
bei Systemen finden können,
bei welchen ein Förderorgan
nicht elektromotorisch, sondern in anderer Art und Weise zur Drehung
angetrieben wird. Das heißt,
auch wenn keine ein Ansteuersignal charakterisierende beziehungsweise
beeinflussende Größe zur Auswertung
bereit steht, was beispielsweise der Fall sein kann, wenn ein Förderorgan
durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird, kann durch Überwachung
des Drehzustandes eines Förderorgans
eine diesen Drehzustand beeinflussende Änderung der Strömungsverhältnisse
erkannt werden.