DE10138819A1 - Verfahren und System zum Regeln der Heizleistung eines Luftheizgerätes - Google Patents

Verfahren und System zum Regeln der Heizleistung eines Luftheizgerätes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Heizleistung eines Luftheizgerätes (12), insbesondere eines Kraftfahrzeug-Zusatzheizgerätes, bei dem die Temperatur eines zu beheizenden Raums (22) gemessen wird und die gemessene Raumtemperatur zur Heizleistungsregelung verwendet wird, wobei die Ausblastemperatur ermittelt wird und die ermittelte Ausblastemperatur zusätzlich zur gemessenen Raumtemperatur zur Heizleistungsregelung verwendet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein System zum Regeln der Heizleistung eines Luftheizgerätes (12).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Heizleistung eines Luftheizgerätes, insbesondere eines Kraftfahrzeug-Zusatzheizgerätes, bei dem die Temperatur eines zu beheizenden Raums gemessen wird und die gemessene Raumtemperatur zur Heizleistungsregelung verwendet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein System zum Regeln der Heizleistung eines Luftheizgerätes, insbesondere eines Kraftfahrzeug-Zusatzheizgerätes, mit Mitteln zum Messen der Temperatur eines zu beheizenden Raums und Mitteln zum Regeln der Heizleistung auf der Grundlage der gemessenen Raumtemperatur.
  • Luftheizgeräte kommen unter anderem in Kraftfahrzeugen zum Einsatz, wo sie zum Beispiel als Standheizung und/oder als Luftzusatzheizung betrieben werden können. Ein solches Luftheizgerät wird im Allgemeinen mit Brennstoff, beispielsweise Benzin oder Diesel, betrieben, so dass Heizluft, die das Luftheizgerät durchströmt, durch die bei der Verbrennung frei werdende Energie in einem Wärmetauscher erwärmt werden kann.
  • Um ein Luftheizgerät in geeigneter Weise zu betreiben, ist es sinnvoll, die Heizleistung zu regeln. Durch eine Regelung wird erreicht, dass in einem zu beheizenden Raum kontinuierlich angenehme Temperaturverhältnisse herrschen. Zu diesem Zweck wird die Temperatur in dem zu beheizenden Raum gemessen und zum Zwecke der Heizleistungsregelung verwendet.
  • Nachteilig an derartigen gattungsgemäßen Verfahren und Systemen ist allerdings, dass eine Regelung auf der Grundlage der Raumtemperatur unter ungünstigen Umständen zu einer Überlastung des Luftheizgerätes führen kann. Dies hat mitunter Schäden am Luftheizgerät und in der Umgebung des Luftheizgerätes zur Folge.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zum Regeln der Heizleistung eines Luftheizgerätes zur Verfügung zu stellen, welche die genannten Nachteile ausräumen und bei denen insbesondere eine komfortable Heizleistungsregelung unter Vermeidung der Gefahr von Beschädigungen von Bauteilen gewährleistet ist.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Verfahren dadurch auf, dass die Ausblastemperatur ermittelt wird und dass die ermittelte Ausblastemperatur zusätzlich zur gemessenen Raumtemperatur zur Heizleistungsregelung verwendet wird. Somit kann verhindert werden, dass das Luftheizgerät mit einer überhöhten Leistung arbeitet. Auf diese Weise wird vermieden, dass die ausgeblasene Luft zu hohe Werte annimmt und hierdurch Schäden an Bauteilen, beispielsweise Luftführungskanälen aus hitzeempfindlichen Kunststoffen, bewirken kann. Ebenfalls wird vermieden, dass durch zu hohe Ausblastemperatur der Klimakomfort im zu beheizenden Raum beeinträchtigt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist in besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass die Ausblastemperatur mit einem außerhalb des Luftheizgerätes angeordneten Temperatursensor gemessen wird. Dies ermöglicht eine direkte und fehlerunanfällige Bestimmung der Ausblastemperatur direkt im Heizluftstrom. Somit kann auf der Grundlage dieser gemessenen Ausblastemperatur eine zuverlässige Regelung erfolgen.
  • Es kann aber auch nützlich sein, dass die Ausblastemperatur auf der Grundlage einer in dem Luftheizgerät gemessenen Temperatur berechnet wird. Eine solche Berechnung der Ausblastemperatur kann auf der Grundlage eines Temperaturmodells erfolgen, welches beispielsweise einen linearen Zusammenhang zwischen der im Luftheizgerät gemessenen Temperatur und der Ausblastemperatur voraussetzt. Ebenfalls kann das Temperaturmodell die Temperatur der angesaugten Heizluft berücksichtigen, so dass letztlich eine gute Näherung für die Ausblastemperatur vorliegt. Es ist somit auf der Grundlage dieser Ausführungsform der Erfindung möglich, die Ausblastemperatur ohne einen zusätzlichen Temperatursensor im Heizluftstrom des Luftheizgerätes zu ermitteln.
  • Ebenfalls kann es besonders nützlich sein, dass aus der Differenz zwischen der gemessenen Raumtemperatur und einem Raumtemperatur-Sollwert eine erste erwünschte Heizleistungsänderung berechnet wird, dass aus der Differenz zwischen der ermittelten Ausblastemperatur und einem Ausblastemperatur-Sollwert eine zweite erwünschte Heizleistungsänderung berechnet wird, dass die erste erwünschte Heizleistungsänderung mit der zweiten erwünschten Heizleistungsänderung verglichen wird und dass die geringere erwünschte Heizleistungsänderung durchgeführt wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Heizleistungsregelung einerseits von der Raumtemperatur in dem zu beheizenden Raum abhängt, so dass ein ausreichender Komfort zur Verfügung gestellt wird, dass aber andererseits eine zu starke Heizleistungsänderung vermieden wird. Ist beispielsweise die erwünschte Heizleistungsänderung auf der Grundlage der Raumtemperatur größer als die erwünschte Heizleistungsänderung auf der Grundlage der Ausblastemperatur, so wird die Heizleistung nur in dem Maße geändert, wie es von der erwünschten Heizleistungsänderung auf der Grundlage der Ausblastemperatur vorgeschrieben wird.
  • Das Verfahren ist in besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass aus der geringeren erwünschten Heizleistungsänderung eine inkrementelle Heizleistungsänderung berechnet wird, auf deren Grundlage die Heizleistung geändert wird. Die Berechnung einer inkrementellen Heizleistungsänderung dient dazu, die Heizleistung über einen bestimmten Zeitraum nach und nach zu erhöhen. Die inkrementelle Heizleistungsänderung ist daher im allgemeinen Fall ein Bruchteil der erwünschten Heizleistungsänderung, wobei die erwünschte Heizleistungsänderung durch mehrfaches Inkrementieren der Heizleistung mit der inkrementellen Heizleistungsänderung erreicht wird.
  • Es kann aber auch nützlich sein, dass aus der Differenz zwischen der gemessenen Raumtemperatur und einem Raumtemperatur-Sollwert eine erste erwünschte Heizleistungsänderung berechnet wird, dass aus der Differenz zwischen der ermittelten Ausblastemperatur und einem Ausblastemperatur-Sollwert eine zweite erwünschte Heizleistungsänderung berechnet wird, dass aus der ersten erwünschten Heizleistungsänderung eine erste inkrementelle Heizleistungsänderung berechnet wird, dass aus der zweiten erwünschten Heizleistungsänderung eine zweite inkrementelle Heizleistungsänderung berechnet wird, dass die erste inkrementelle Heizleistungsänderung mit der zweiten inkrementellen Heizleistungsänderung verglichen wird und dass auf der Grundlage der geringeren inkrementellen Heizleistungsänderung die Heizleistung geändert wird. Aus dem Vergleich der inkrementellen Heizleistungsänderungen, die aus den erwünschten Heizleistungsänderungen berechnet werden, lässt sich ebenso wie aus dem direkten Vergleich der erwünschten Heizleistungsänderungen ermitteln, ob die Raumtemperatur oder die Ausblastemperatur als Grundlage eines Regelvorgangs herangezogen werden soll.
  • Das Verfahren ist weiterhin in besonders vorteilhafter Weise so fortgebildet, dass der zeitliche Verlauf der gemessenen Raumtemperatur zusätzlich bei der Heizleistungsregelung berücksichtigt wird. Der raumtemperaturabhängige Teil der Regelung muss also nicht allein auf der Grundlage der Differenz zwischen Raumtemperatur-Istwert und Raumtemperatur-Sollwert erfolgen. Vielmehr kann auch der aktuelle zeitliche Verlauf der gemessenen Raumtemperatur berücksichtigt werden.
  • In vergleichbarer Weise kann das Verfahren so fortgebildet sein, dass der zeitliche Verlauf der ermittelten Ausblastemperatur zusätzlich bei der Heizlufttemperaturregelung berücksichtigt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist weiterhin bevorzugt so gestaltet, dass die Heizleistungsregelung in aufeinanderfolgenden Zyklen erfolgt. Innerhalb eines solchen Zyklus findet die Änderung der Heizleistung statt, wobei in bevorzugter Weise die Heizleistung in einem ersten Zeitintervall des Zyklus inkrementell erhöht wird. Während der verbleibenden Zeitdauer des Zyklus bleibt die Heizleistung dann konstant. Im nächsten Zyklus findet der beschriebene Ablauf erneut statt. Die Bestimmung der erwünschten Heizleistungsänderungen beziehungsweise der inkrementellen Heizleistungsänderungen kann beispielsweise zu Beginn von jedem dieser Regelzyklen durchgeführt werden, ebenso wie die Vergleiche dieser jeweiligen Werte.
  • Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen System dadurch auf, dass Mittel zum Ermitteln der Ausblastemperatur vorgesehen sind und dass die ermittelte Ausblastemperatur zusätzlich zur gemessenen Raumtemperatur von den Mitteln zum Regeln der Heizleistung verwendbar ist. Auf diese Weise werden die Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens auch im Rahmen eines Systems zum Regeln einer Heizleistung umgesetzt. Dies gilt auch für die nachfolgend angegebenen bevorzugten Ausführungsformen des Systems.
  • Das System ist in besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass ein Temperatursensor zum Messen der Ausblastemperatur außerhalb des Luftheizgerätes angeordnet ist.
  • Weiterhin kann es in nützlicher Weise vorgesehen sein, dass in einem Steuergerät des Luftheizgerätes Mittel zum Berechnen der Ausblastemperatur auf der Grundlage einer in dem Luftheizgerät gemessenen Temperatur vorgesehen sind.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Berücksichtigung der Ausblastemperatur bei der Regelung eines Luftheizgerätes die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können. Insbesondere können Schäden an Bauteilen im Heizluftstrom vermieden werden. Ebenfalls kann ein hoher Klimakomfort in stabiler Weise zur Verfügung gestellt werden.
  • Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert. Dabei zeigt:
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems;
  • Fig. 2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs; und
  • Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung eines zeitlichen Heizleistungsverlaufs.
  • Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung. Es ist ein Luftheizgerät 12 gezeigt, welches ein Steuergerät 18 aufweist. Das Luftheizgerät 12 ist an seinem Ausgang mit einem Luftführungskanal 16 verbunden. Der Luftführungskanal 16 mündet in einen zu beheizenden Raum 22. Es können mehrere Luftführungskanäle vorgesehen sein, die einen oder mehrere Räume mit erwärmter Luft versorgen.
  • In dem Luftführungskanal 16 ist ein Temperatursensor 14 angeordnet, der über eine elektrische Verbindung 20 mit dem Steuergerät 18 verbunden ist. Ein weiterer Temperatursensor 24 ist in dem zu erwärmenden Raum 22 angeordnet und ebenfalls über eine weitere elektrische Verbindung 26 mit dem Steuergerät 18 verbunden. Die elektrische Verbindung der Temperatursensoren 14, 24 muss nicht notwendig direkt zum Steuergerät 18 des Luftheizgerätes 12 erfolgen. Vielmehr kann die Verbindung auch beispielsweise über den CAN-Bus des Kraftfahrzeugs realisiert sein.
  • Das Luftheizgerät 12 arbeitet so, dass Heizluft 10 in das Luftheizgerät 12 einströmt, in dem Luftheizgerät 12 erwärmt wird und dann an der bezüglich der Einströmöffnung entgegengesetzten Seite wieder aus dem Luftheizgerät 12 ausströmt. Zur Regelung des Luftheizgerätes 12 können nun die Informationen beider Temperatursensoren 14, 24 genutzt werden, so dass eine übermäßige Erwärmung im Luftführungskanal 16 vermieden wird, gleichzeitig aber eine komfortable Temperatur im zu erwärmenden Raum 22 erzeugt wird. Ein Verfahren, mit dem dies verwirklicht werden kann, wird nachfolgend beschrieben.
  • Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs. Die in Fig. 2 dargestellten Verfahrensschritte müssen nicht notwendigerweise in der dargestellten Reihenfolge durchgeführt werden. Beispielsweise muss der Raumtemperatur-Istwert nicht vor dem Ausblastemperatur-Istwert ermittelt werden. Vielmehr kann die Ermittlung in umgekehrter Reihenfolge oder gleichzeitig erfolgen.
  • In Schritt S01 wird der Raumtemperatur-Istwert TR,ist ermittelt. In Schritt S02 wird der Ausblastemperatur-Istwert TA,ist ermittelt.
  • In Schritt S03 wird die Differenz zwischen dem Raumtemperatur-Istwert TR,ist und dem Raumtemperatur-Sollwert TR,soll in dem Steuergerät 18 berechnet. Hieraus wird eine erste erwünschte Heizleistungsänderung ΔP1, berechnet. Bei dieser Berechnung kann zusätzlich der zeitliche Raumtemperaturverlauf berücksichtigt werden. In ähnlicher Weise wird in Schritt S04 aus dem Ausblastemperatur- Istwert TA,ist und dem Ausblastemperatur-Sollwert TA,soll durch Differenzbildung eine zweite erwünschte Heizleistungsänderung ΔP2 berechnet, wobei ebenfalls der zeitliche Temperaturverlauf berücksichtigt werden kann.
  • Im nachfolgenden Schritt S05 wird geprüft, ob die erste Heizleistungsänderung ΔP1 größer ist als die zweite Heizleistungsänderung ΔP2. Ist dies der Fall, so wird in Schritt S06 die zweite Heizleistungsänderung ΔP2 zur erwünschten Heizleistungsänderung erklärt. Andernfalls wird in Schritt S07 die erste Heizleistungsänderung ΔP1 zur erwünschten Heizleistungsänderung erklärt.
  • In Schritt S08 wird aus der erwünschten Heizleistungsänderung eine inkrementelle Heizleistungsänderung ΔPink ermittelt. In Schritt S09 wird die Leistung dann inkrementell um den Wert ΔPink erhöht. Sobald die erwünschte Heizleistungsänderung erfolgt ist, wird in Schritt S10 die Leistung konstant gehalten, bis eine vorgegebene Zykluszeit abgelaufen ist. Daraufhin wird das Verfahren beziehungsweise der Regelungszyklus ausgehend von Schritt S01 erneut durchlaufen.
  • Fig. 3 zeigt ein Diagramm, in dem die Heizleistung P gegen die Zeit t während einer Zyklusdauer dargestellt ist. Die Heizleistung wird zunächst linear oder nahezu linear durch Addition der inkrementellen Leistungsänderung ΔPink erhöht. Sobald die erwünschte Heizleistungsänderung erreicht ist, bleibt in der verbleibenden Zeit des Zyklus die Heizleistung unverändert. Der nahezu lineare Anstieg der Heizleistung wird tatsächlich eine stufenförmige Gestalt haben, wobei die Höhe der Stufen von dem Wert ΔPink abhängt, während die einer Stufen entsprechende Zeitdauer im Steuergerät 18 eingestellt ist.
  • Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen. Bezugszeichenliste 10 Heizluft
    12 Luftheizgerät
    14 Temperatursensor
    16 Luftführungskanal
    18 Steuergerät
    20 elektrische Verbindung
    22 zu beheizender Raum
    24 Temperatursensor
    26 elektrische Verbindung

Claims (12)

1. Verfahren zum Regeln der Heizleistung eines Luftheizgerätes (12), insbesondere eines Kraftfahrzeug-Zusatzheizgerätes, bei dem die Temperatur eines zu beheizenden Raums (22) gemessen wird und die gemessene Raumtemperatur zur Heizleistungsregelung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet,
dass die Ausblastemperatur ermittelt wird und
dass die ermittelte Ausblastemperatur zusätzlich zur gemessenen Raumtemperatur zur Heizleistungsregelung verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausblastemperatur mit einem außerhalb des Luftheizgerätes (12) angeordneten Temperatursensor (14) gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausblastemperatur auf der Grundlage einer in dem Luftheizgerät (12) gemessenen Temperatur berechnet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass aus der Differenz zwischen der gemessenen Raumtemperatur und einem Raumtemperatur-Sollwert eine erste erwünschte Heizleistungsänderung berechnet wird,
dass aus der Differenz zwischen der ermittelten Ausblastemperatur und einem Ausblastemperatur-Sollwert eine zweite erwünschte Heizleistungsänderung berechnet wird,
dass die erste erwünschte Heizleistungsänderung mit der zweiten erwünschten Heizleistungsänderung verglichen wird und
dass die geringere erwünschte Heizleistungsänderung durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus der geringeren erwünschten Heizleistungsänderung eine inkrementelle Heizleistungsänderung berechnet wird, auf deren Grundlage die Heizleistung geändert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass aus der Differenz zwischen der gemessenen Raumtemperatur und einem Raumtemperatur-Sollwert eine erste erwünschte Heizleistungsänderung berechnet wird,
dass aus der Differenz zwischen der ermittelten Ausblastemperatur und einem Ausblastemperatur-Sollwert eine zweite erwünschte Heizleistungsänderung berechnet wird,
dass aus der ersten erwünschten Heizleistungsänderung eine erste inkrementelle Heizleistungsänderung berechnet wird,
dass aus der zweiten erwünschten Heizleistungsänderung eine zweite inkrementelle Heizleistungsänderung berechnet wird,
dass die erste inkrementelle Heizleistungsänderung mit der zweiten inkrementellen Heizleistungsänderung verglichen wird und
dass auf der Grundlage der geringeren inkrementellen Heizleistungsänderung die Heizleistung geändert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der gemessenen Raumtemperatur zusätzlich bei der Heizleistungsregelung berücksichtigt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der ermittelten Ausblastemperatur zusätzlich bei der Heizleistungsregelung berücksichtigt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistungsregelung in aufeinanderfolgenden Zyklen erfolgt.
10. System zum Regeln der Heizleistung eines Luftheizgerätes (12), insbesondere eines Kraftfahrzeug-Zusatzheizgerätes, mit
Mitteln (24) zum Messen der Temperatur eines zu beheizenden Raums (22) und
Mitteln (18) zum Regeln der Heizleistung auf der Grundlage der gemessenen Raumtemperatur,
dadurch gekennzeichnet,
dass Mittel (14) zum Ermitteln der Ausblastemperatur vorgesehen sind und
dass die ermittelte Ausblastemperatur zusätzlich zur gemessenen Raumtemperatur von den Mitteln (18) zum Regeln der Heizleistung verwendbar ist.
11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (14) zum Messen der Ausblastemperatur außerhalb des Luftheizgerätes (12) angeordnet ist.
12. System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Steuergerät (18) des Luftheizgerätes (12) Mittel zum Berechnen der Ausblastemperatur auf der Grundlage einer in dem Luftheizgerät (12) gemessenen Temperatur vorgesehen sind.
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