DE10110557C2

DE10110557C2 - Fahrzeug-Heizgerät

Info

Publication number: DE10110557C2
Application number: DE10110557A
Authority: DE
Inventors: Christian Baecker; Bernd Mittmann; Felix Wolf
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH; Webasto Thermosysteme International GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2021-03-06
Also published as: DE10110557A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Heizgerät, insbesondere ein Stand- oder Zu satzheizgerät, mit einer Brennstoffzuführung zum Fördern eines flüssigen Brenn stoffs zu einer Brenneinrichtung, insbesondere einer Brennstoffdüse, einem Flammenwächter an der Brenneinrichtung, einer Einrichtung zum Detektieren einer Gasblase innerhalb der Brennstoffzuführung stromaufwärts von der Brenneinrichtung, und einem Steuergerät zum Steuern des Heizgerätes in Ab hängigkeit von Signalen des Flammenwächters und der genannten Einrichtung zum Detektieren einer Gasblase.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeug-Heizge rätes, bei dem Brennstoff von einer Brennstoffzuführung zu einer Brenneinrich tung gefördert wird, ein Signal von einem Flammenwächter an der Brenneinrich tung erzeugt wird, ein Signal von einer Einrichtung zum Detektieren einer Gas blase in der Brennstoffzuführung stromaufwärts von der Brenneinrichtung erzeugt wird, und das Heizgerät in Abhängigkeit der Signale des Flammwächters und der genannten Einrichtung gesteuert wird.

Aus DE 39 10 241 C1 ist ein Heizgerät bekannt, bei dem eine Brennstoffvorwär mung verhindern soll, dass sich in einer Brennstoffzuführung zu einer Brennstoff düse im Brennstoff Gasblasen bilden. Wenn sich trotz der Brennstoffvorwärmung eine Gasblase bildet, kann diese erkannt werden, während sie aus der Brenn stoffdüse austritt. Dann ändert die Flamme ihre Lage, Temperatur und Strahlung, was ein Flammenwächter erfassen kann. Die Gasblase wird jedoch erst verhält nismäßig spät erkannt, da sie ja bereits die Flamme beeinflusst. Das Heizgerät kann deshalb nur verzögert nachgesteuert werden. Im Extremfall erlischt die Flamme. Die Folge sind Rauchbildung sowie Rausch- und gegebenenfalls auch Knallgeräusche.

Aus der gattungsbildenden DE 199 03 767 A1 ist es bekannt, dass ein Heizgerät rauchfrei und ruhiger betrieben werden kann, indem stromaufwärts von einer Brennstoffdüse ein Gasblasendetektor angeordnet ist, mittels dem Gasblasen bereits innerhalb der Brennstoffzuführung erkannt werden können. Das Heizgerät wird entsprechend "vorrausschauend" gesteuert, so dass z. B. eine Zündeinrich tung bereits aktiviert ist, wenn die Gasblase an der Brennstoffdüse austritt. Als Gasblasendetektor wird ein fremdbeheizter Kaltleiter, insbesondere ein PTC- Thermistor, favorisiert.

Als weitere Gasblasendetektoren sind einem Fachmann optische Sensoren und Durchflussmesser bekannt.

Solche Gasblasendetektoren sind jedoch verhältnismäßig teuer, störanfällig und nur aufwendig in ein Heizgerät zu integrieren. Besonders das Einbinden in eine Brennstoffleitung und die Anbindung an ein Steuergerät des Heizgerätes erfor dern größere Änderungen am Heizgerät.

Zugrundeliegende Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug-Heizgerät und ein Ver fahren der eingangs genannten Art zu vereinfachen, und insbesondere Gasbla sen in der Brennstoffzuführung ausreichend früh zu detektieren, ohne dass dafür ein zusätzliches Bauteil, wie z. B. ein gesonderter Gasblasendetektor erforderlich ist.

Erfindungsgemäße Lösung

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Steuergerät eines gattungsgemäßen Heizgerätes dazu eingerichtet ist, dass es eine Gasblase in nerhalb der Brennstoffzuführung aufgrund einer bestimmten Änderung des Si gnals des Flammenwächters detektiert, so dass der Flammenwächter zugleich als Gasblasendetektor wirkt.

Die Aufgabe ist ferner durch ein eingangs genanntes Verfahren zum Steuern ei nes Fahrzeug-Heizgerätes gelöst, bei dem die Gasblase in der Brennstoffzufüh rung aufgrund einer bestimmten Änderung des Signals des Flammenwächters detektiert wird, so dass der Flammenwächter zugleich als Gasblasendetektor wirkt.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass sich das Signal des Flammen wächters nicht nur dann ändert, wenn eine Gasblase an der Brenneinrichtung austritt, sondern auch während der Zeit, in der eine Gasblase durch die Brenn stoffzuführung gefördert wird. Weil Gas im Gegensatz zu flüssigem Brennstoff kompressibel ist, ändert eine Gasblase in der Brennstoffzuführung ihr Volumen, wenn sich ihr Umgebungsdruck ändert, d. h. wenn sich an der Stelle, an der sich die Gasblase befindet, der Druck des Brennstoffs steigt oder sinkt. Wird bei spielsweise der Druck in einer Brennstoffleitung, in der sich die Gasblase befindet erhöht, so verringert sich das Volumen der Gasblase. Diese Änderung des Volu mens der Gasblase wirkt sich auf die pro Zeiteinheit austretende Menge Brenn stoff an der Brenneinrichtung aus. Durch Druckerhöhung, d. h. eine Verringerung des Volumens der Gasblase, tritt beispielsweise kurzzeitig weniger Brennstoff an der Brenneinrichtung aus. Dies wiederum wirkt sich auf die Flamme in der Brenneinrichtung aus. Weniger Brennstoff führt z. B. zu einer mageren Verbren nung und damit zu einer heißeren Flamme.

Erfindungsgemäß wird mit Hilfe des bereits an der Brenneinrichtung vorhandenen Flammenwächters indirekt das Komprimieren einer Gasblase in der Brennstoff zuführung erkannt und damit detektiert, dass eine Gasblase vorhanden ist. Ein gesonderter Gasblasendetektor, wie er beispielsweise in DE 199 03 767 A1 be schrieben ist, wird bei dem erfindungsgemäßen Heizgerät daher nicht benötigt.

Die Änderung des Signals des Flammenwächters, anhand der die Gasblase in der Brennstoffzuführung detektiert wird, unterscheidet sich von einer Signalände rung, die von einer an der Brenneinrichtung austretenden Gasblase verursacht wird. Die Änderung ist allgemein kleiner und kürzer. Ferner ändert sich das Signal aufgrund einer Gasblase in der Brennstoffzuführung mit einem bestimmten cha rakteristischen Gradienten, der beispielsweise durch entsprechende Versuche ermittelt werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Brennstoffzuführung eine Brennstoffpumpe auf, und das Steuergerät detektiert die Gasblase, wenn sie diese Brennstoffpumpe passiert. In der Brennstoffpumpe wird der Druck des Brennstoffs innerhalb der Brennstoffzuführung nahezu punktuell erhöht, so dass an dieser Stelle auch eine Gasblase im Brennstoff besonders stark komprimiert wird. Durch diese Kompression verändert sich wiederum die pro Zeiteinheit aus tretende Menge Brennstoff an der Brenneinrichtung besonders stark. Somit kann eine Gasblase in der Brennstoffpumpe besonders gut detektiert werden. Alterna tiv ist es möglich eine Gasblase an anderen Stellen in einer Brennstoffzuführung zu detektieren, an denen sie komprimiert oder dekomprimiert wird. Dies ist z. B. an einer Drossel der Fall.

Wenn bei einer erfindungsgemäßen Brennstoffzuführung die Länge einer Brenn stoffleitung zwischen der Stelle der Detektierung der Gasblase und dem Austritt an der Brenneinrichtung bekannt ist, kann aufgrund der im allgemeinen ebenfalls bekannten Fördergeschwindigkeit des Brennstoffs bei bestimmten Betriebszu ständen (Volllast oder Teillast) auch der Zeitpunkt vorherbestimmt werden, an dem die detektierte Gasblase an der Brenneinrichtung austreten wird. Das Heiz gerät kann daher "vorrausschauend" gesteuert werden. Als Weiterbildung der Erfindung ist es alternativ möglich, das Heizgerät "selbstlernend" auszubilden, wenn die genannte Länge der Brennstoffleitung nicht bekannt ist. Dazu ist das erfindungsgemäße Steuergerät dazu eingerichtet, dass es aufgrund einer weite ren Änderung des Flammenwächtersignals die Gasblase auch erkennt, wenn sie an der Brenneinrichtung austritt. Das Steuergerät ermittelt anschließend die Zeit spanne, die zwischen dem Detektieren der Gasblase in der Brennstoffzuführung und deren Austritt an der Brenneinrichtung liegt. Diese Zeitspanne wird verwen det, um bei einem erneuten Detektieren einer Gasblase in der Brennstoffzufüh rung den Zeitpunkt des Austritts der Gasblase an der Brenneinrichtung vorherzu bestimmen.

Eine Veränderung der pro Zeiteinheit austretenden Menge Brennstoff kann be sonders präzise ermittelt werden, wenn der Flammenwächter die Lage, die Tem peratur und die Strahlung einer Flamme der Brenneinrichtung überwachen kann. Alternativ kann es ausreichen, wenn nur eine oder zwei der genannten Größen überwacht wird bzw. werden.

Um das Heizgerät vorausschauend zu steuern und rauchfrei sowie geräuscharm zu betreiben, ist es besonders vorteilhaft, wenn das Steuergerät bei Detektieren einer Gasblase in der Brennstoffzuführung eine Zündeinrichtung aktivieren, und/oder die Fördermenge eines Brennluftgebläses absenken, und/oder die För dermenge einer Brennstoffpumpe erhöhen kann, jeweils kurz bevor und/oder während die Gasblase an der Brenneinrichtung austritt. Bei dem erfindungsge mäßen Detektieren der Gasblase kann auch deren Größe ermittelt werden. Eine große Gasblase in der Brennstoffzuführung wird um ein größeres Volumen kom primiert, als eine kleine Gasblase. Dies führt zu einer größeren bzw. kleineren Änderung der pro Zeiteinheit austretenden Brennstoffmenge, was erfindungsge mäß z. B. anhand einer erheblich heißeren oder nur geringfügig heißeren Flamme erkannt wird. Das erfindungsgemäße Heizgerät kann daher nicht nur zeitlich vor rausschauend gesteuert werden, sondern es kann auch der Steuerumfang ange passt werden. Es kann beispielsweise im Voraus ermittelt werden, ob die durch die Brennstoffzuführung strömende Gasblase die Flamme an der Brenneinrich tung voraussichtlich zum Erlöschen bringen wird. Besteht diese Gefahr, kann ent sprechend die Zündeinrichtung ausreichend früh aktiviert werden. Wird hingegen ermittelt, dass die Gasblase voraussichtlich nur das Brennstoff/Brennluft- Verhältnis negativ beeinflusst, kann entsprechend die Fördermenge eines Brennluftgebläses und/oder die Fördermenge der Brennstoffpumpe verändert werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrzeug- Heizgerätes anhand der beigefügten schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Heizgerätes im Bereich der Brennstoffdüse und skizzenhaft die zugehörige Brennstoffzu führung sowie eine Brennluftversorgung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in Fig. 1 teilweise dargestellte Heizgerät ist ein motorunabhängiges Luftheiz gerät mit einem Brenner 10, zu dem mit einer Brennstoffzuführung 12 flüssiger Brennstoff und mit einer Brennluftversorgung 14 Brennluft gefördert wird.

Die Brennstoffzuführung 12 umfasst einen Brennstofftank 16, aus dem der Brennstoff durch eine Saugleitung 18 von einer Brennstoffpumpe 20 angesaugt und anschließend in eine Druckleitung 22 gedrückt wird. Der Brennstoff tritt an einer Brennstoffdüse 24 in einer Brennkammer 26 des Brenners 10 im wesentli chen in Richtung von Pfeilen 28 aus.

Als Brennluftversorgung 14 ist ein Brennluftgebläse 30 vorgesehen, das Brennluft durch einen Brennluftkanal 32 zu der Brennkammer 26 fördert, wo sie als Primär- und Sekundärluft unter anderem durch eine Dralleinrichtung 34 in Richtung der Pfeile 36 eintritt.

Neben der Brennstoffdüse 24 ist eine Zündeinrichtung 38 angeordnet, von der das sich in der Brennkammer gebildete Gemisch aus Brennstoff und Brennluft entzündet werden kann. Ferner ist neben der Brennstoffdüse 24 ein Flammen wächter 40 angebracht, von dem die Temperatur der entzündeten Flamme er mittelt werden kann.

Der Flammenwächter 40, die Zündeinrichtung 38, das Brennluftgebläse 30 und die Brennstoffpumpe 20 sind durch je gestrichelt dargestellte elektrische Leitun gen mit einem Steuergerät 42 verbunden, das ein Signal des Flammenwächters 40 verarbeiten und die restlichen genannten Einrichtungen 20, 30 und 38 in Ab hängigkeit dieses Signals steuern kann.

Beim Betrieb des Heizgerätes wird versucht, das Gemisch aus Brennstoff und Brennluft in einem vorbestimmten Verhältnis zu halten, um eine schadstoffarme und leise Verbrennung zu gewährleisten. In der Brennstoffzuführung 12 können sich jedoch Gasblasen im Brennstoff bilden, die an der Brennstoffdüse 24 aus treten und dabei das Brennstoff/Brennluft-Verhältnis negativ beeinflussen.

Um diese Gasblasen frühzeitig zu erkennen und entsprechend das Heizgerät vor rausschauend gegensteuern zu können, ist bei dem dargestellten Heizgerät das Steuergerät 42 dazu eingerichtet, eine Gasblase in der Brennstoffzuführung 12 anhand einer Änderung des Signals des Flammenwächters 40 zu detektieren.

Eine Gasblase bildet sich innerhalb der Brennstoffzuführung 12 in der Regel be reits in der Saugleitung 18. Diese Gasblase wird bei ihrem weiteren Transport durch die Brennstoffzuführung 12 in die Brennstoffpumpe 20 gesogen und dort zusammengedrückt, da sie - im Gegensatz zu dem flüssigen und daher inkom pressiblen Brennstoff - selbst kompressibel ist. Durch dieses Zusammendrücken der Gasblase tritt zum gleichen Zeitpunkt an der Brennstoffdüse 24 kurzzeitig et was weniger Brennstoff aus (und nicht erst, wenn die Gasblase an der Brenn stoffdüse 24 austritt), wodurch sich bereits das Brennstoff/Brennluft-Verhältnis geringfügig ändert. Daher ändert sich auch die Temperatur der Flamme, was vom Flammenwächter 40 erkannt und an das Steuergerät 42 gemeldet wird.

Das Steuergerät 42 kennt den Betriebsmodus des Heizgerätes, d. h. ob dieses bei Volllast oder Teillast betrieben wird. Damit kennt das Steuergerät 42 auch die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs in der Druckleitung 22. Es kann daher errechnen, wann die detektierte Gasblase an der Brennstoffdüse 24 austreten wird. So kann das Steuergerät 42 entsprechend vorausschauend einer Beeinflus sung der Flamme durch die nachfolgend austretende Gasblase entgegenwirken.

Das Steuergerät 42 kann aufgrund der Stärke der Änderung des Signals des Flammenwächters 40 beim Detektieren der Gasblase in der Brennstoffpumpe 20 auch ermitteln, wie groß die detektierte Gasblase ist. Eine große Gasblase weist bei gleicher Kompressionsdruckdifferenz ein größeres Kompressionsvolumen auf, als eine kleine Gasblase. Daher geht auch die pro Zeiteinheit austretende Menge Brennstoff stärker zurück und damit erhöht sich die Temperatur der Flamme stär ker.

Wird nun eine "große" Gasblase detektiert, so besteht die Gefahr, dass diese Gasblase die Flamme zum Erlöschen bringt. Das Steuergerät 42 steuert daher entgegen, indem es die Zündeinrichtung 38 bereits aktiviert und die Fördermenge des Brennluftgebläses 30 reduziert hat, bevor die Gasblase die Brennstoffdüse 24 erreicht.

Bei einer detektierten "kleinen" Gasblase, erhöht das Steuergerät 42 nur die För dermenge der Brennstoffpumpe 20, während die Gasblase austritt, und reduziert eventuell gleichzeitig die Fördermenge des Brennluftgebläses 30.

Die Störung des Brennstoff/Brennluft-Verhältnisses durch die austretende Gas blase kann somit gemildert und Rauchbildung sowie Knallgeräusche können vermieden werden.

Bezugszeichenliste

10

Brenner des Fahrzeug-Heizgerätes

12

Brennstoffzuführung

14

Brennluftversorgung

16

Brennstofftank

18

Saugleitung

20

Brennstoffpumpe

22

Druckleitung

24

Brenneinrichtung, insbesondere Brennstoffdüse

26

Brennkammer

28

Pfeile - Austrittsrichtung des Brennstoffs

30

Brennluftgebläse

32

Brennluftkanal

34

Dralleinrichtung

36

Pfeile - Einströmrichtung der Brennluft

38

Zündeinrichtung

40

Flammenwächter

42

Steuergerät

Claims

1. Fahrzeug-Heizgerät, insbesondere Stand- oder Zusatzheizgerät, mit einer Brennstoffzuführung (12) zum Fördern eines flüssigen Brennstoffs zu einer Brenneinrichtung (24), insbesondere einer Brennstoffdüse, mit einem Flammenwächter (40) an der Brenneinrichtung (24), mit einer Einrichtung zum Detektieren einer Gasblase innerhalb der Brennstoffzuführung (12) stromaufwärts von der Brenneinrichtung (24), und mit einem Steuergerät (42) zum Steuern des Heizgerätes in Abhängigkeit von Signalen des Flammenwächters (40) und des Gasblasendetektors, dadurch gekenn zeichnet, dass das Steuergerät (42) dazu eingerichtet ist, dass es eine Gasblase innerhalb der Brennstoffzuführung (12) aufgrund einer bestimm ten Änderung des Signals des Flammenwächters (40) detektiert, so dass der Flammenwächter (40) zugleich als Gasblasendetektor wirkt.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenn stoffzuführung (12) eine Brennstoffpumpe (20) aufweist, und das Steuerge rät (42) die Gasblase detektiert, wenn sie die Brennstoffpumpe (20) pas siert.

3. Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (42) dazu eingerichtet ist, dass es - aufgrund einer weiteren Änderung des Signals des Flammenwächters (40) die Gasblase auch er kennt, wenn sie an der Brenneinrichtung (24) austritt,

- die Zeitspanne ermittelt, die zwischen dem Detektieren der Gasblase in der Brennstoffzuführung (12) und deren Austritt an der Brenneinrichtung (24) liegt, und
- bei Detektieren einer weiteren Gasblase in der Brennstoffzuführung (12) das Heizgerät in Abhängigkeit von der ermittelten Zeitspanne steuert.

4. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Flammenwächter (40) die Lage, Temperatur und/oder Strahlung einer Flamme der Brenneinrichtung (24) überwachen kann.

5. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (42) bei Detektieren einer Gasblase in der Brenn stoffzuführung (12)
eine Zündeinrichtung (38) aktivieren kann, und/oder
die Fördermenge eines Brennluftgebläses (30) absenken kann, und/oder
die Fördermenge einer Brennstoffpumpe (20) erhöhen kann,
jeweils kurz bevor und/oder während die Gasblase an der Brenneinrich tung (24) austritt.

6. Verfahren zum Steuern eines Fahrzeug-Heizgerätes, mit den Schritten:

- Fördern von Brennstoff mit einer Brennstoffzuführung (12) zu einer Brenneinrichtung (24),
- Erzeugen eines Signals durch einen Flammenwächter (40) an der Brenneinrichtung (24),
- Erzeugen eines Signals durch eine Einrichtung zum Detektieren einer Gasblase in der Brennstoffzuführung (12) stromaufwärts von der Brennein richtung (24), und
- Steuern des Heizgerätes in Abhängigkeit der Signale des Flammen wächters (40) und des Gasblasendetektors, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasblase in der Brennstoffzuführung (12) aufgrund einer be stimmten Änderung des Signals des Flammenwächters (40) detektiert wird, so dass der Flammenwächter (40) zugleich als Gasblasendetektor wirkt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenn stoffzuführung (12) eine Brennstoffpumpe (20) aufweist, und die Gasblase erkannt wird, wenn sie die Brennstoffpumpe (20) passiert.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch die Schritte:

- zusätzliches Erkennen der Gasblase, wenn sie an der Brenneinrichtung (24) austritt,
- Ermitteln der Zeitspanne zwischen dem Detektieren der Gasblase in der Brennstoffzuführung (12) und deren Austritt an der Brenneinrichtung (24), und
- Steuern des Heizgerätes in Abhängigkeit von der ermittelten Zeitspanne, wenn erneut eine Gasblase in der Brennstoffzuführung (12) detektiert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des Flammenwächters (40) in Abhängigkeit der Lage, Temperatur und/oder Strahlung einer Flamme der Brenneinrichtung (24) erzeugt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuern des Heizgerätes
ein Aktivieren einer Zündeinrichtung (38), und/oder
ein Absenken der Fördermenge eines Brennluftgebläses (30), und/oder
ein Erhöhen der Fördermenge einer Brennstoffpumpe (20), umfasst, und zwar
jeweils kurz bevor und/oder während die Gasblase an der Brenneinrich tung (24) austritt.