-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Heizleistung
eines Luftheizgerätes,
insbesondere eines Kraftfahrzeug-Zusatzheizgerätes, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
sowie ein System zum Regeln der Heizleistung eines Luftheizgerätes, insbesondere
eines Kraftfahrzeug-Zusatzheizgerätes, gemäß Patentanspruch
9.
-
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 ungün stigen
Umständen
zu einer Überlastung
des Luftheizgerätes
führen
kann. Dies hat mitunter Schäden
am Luftheizgerät
und in der Umgebung des Luftheizgerätes zur Folge.
-
Aus
der
DE 100 02 217
A1 ist ein Verfahren zur Temperaturkompensation eines im
Steuergerät integrierten
Temperaturfühlers
eines Heizgerätes, insbesondere
eines Luftheizgeräts
eines Kraftfahrzeugs bekannt. Das von dem Steuergerät ausgewertete
Temperaturfühlersignal
wird durch die tatsächliche
Raumtemperatur dadurch repräsentiert,
dass für die
Beseitigung der Störgrößen der
Temperaturerfassung die Abhängigkeit
der Abweichung des Temperaturfühlersignals
von Temperatur-Störgrößen ermittelt
und das Temperaturfühlersignal
mit diesem Temperatur-Abweichungswert korrigiert wird. Der Temperatur-Abweichungswert
kann als Funktion der im Heizgerät
gemessenen Temperatur der Heizluft mathematisch beschrieben werden.
-
Aus
der
DE 39 06 159 A1 ist
ein Verfahren zum Steuern eines Stellwinkels von Lamellen oder Klappen
einer Luftleiteinrichtung eines einen Lüfter aufweisenden dezentralen
Luftheiz-, Luftkühl-
oder Belüftungsgerätes bekannt,
bei dem insbesondere nach der Differenz zwischen Raumtemperatur
und Ausblastemperatur gesteuert wird. Das Luftheiz-, Luftkühl- oder
Belüftungsgerät ist unterhalb
einer Decke eines Raumes oder einer Halle zu montieren.
-
Aus
der
DE 100 04 510
A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgeräts bekannt,
bei dem ein innerer Regeltemperaturfühler zwischen einem Gebläse und einem
Wärmetauscher
des Heizgeräts
angeordnet ist. Der Regeltemperaturfühler dient zum Steuern des
Heizgeräts,
indem die Übertemperatur des
Wärmetauschers
durch einen Temperaturvergleich zwischen Wärmetauscher und Regeltemperaturfühler festgestellt
wird und das Gebläse
solange betrieben wird, bis Temperaturgleichheit zwischen Regeltemperaturfühler und
Wärmetauscher
besteht.
-
Aus
DE 36 39 172 C2 ist
ein Verfahren zum Betreiben eines brennstoffbetriebenen Heizgeräts und einer
Anordnung zur Durchführung
des Verfahrens bekannt, bei dem der momentane Betriebszustand des
Heizgeräts
aus einer charakteristischen Bauteiltemperatur ermittelt wird und,
nach Maßgabe des
so ermittelten momentanen Betriebszustandes des Heizgeräts, die
maximal erzeugbare Heizleistung geregelt wird. Die maximal erzeugbare
Heizleistung wird eingeregelt, indem die Temperatur eines zugehörigen Wärmeübertragers
oder die Temperatur der Heizluft ermittelt werden und, wenn diese
Temperatur kleiner als ein Grenzwert ist, ermittelt wird, ob die
gewünschte
Raumtemperatur kleiner als ein Sollwert ist. Wenn dies der Fall
ist, wird die dem Heizgerät
zugeführte
Brennstoffmenge um einen bestimmten festen Wert vergrößert. Wenn
die Temperatur des Wärmeübertragers
bzw. der Heizluft größer als
die Grenztemperatur ist, oder die gewünschte Raumtemperatur größer als
der Sollwert ist, so wird die Brennstoffmenge um einen bestimmten
Wert verringert. Das derartige Verfahren soll ermöglichen,
dass das Heizgerät
immer im Grenzleistungsbereich betrieben wird, ohne dass Bauteile
beispielsweise durch Überlastung
gefährdet
sind. Hierdurch soll sich die mit dem Heizgerät erzeugbare Heizleistung optimieren und
erhöhen
lassen, ohne dass das Grundbauprinzip eines solchen Heizgeräts verändert zu
werden braucht. Neben dieser Regelung des Heizgeräts im Grenzleistungsbereich
lässt das
Verfahren jedoch nahezu keine Regelungsmöglichkeiten zu.
-
Aus
DE 100 04 510 A1 ist
ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgeräts bekannt, bei dem ein innerer
Regeltemperaturfühler
zwischen einem Gebläse
und einem Wärmetauscher
des Heizgeräts
angeordnet ist. Der Regeltemperaturfühler dient zum Steuern des
Heizgeräts,
indem die Übertemperatur des
Wärmetauschers
durch einen Temperaturvergleich zwischen Wärmetauscher und Regeltemperaturfühler festgestellt
wird und das Gebläse
solange betrieben wird, bis Temperaturgleichheit zwischen Regeltemperaturfühler und
Wärmetauscher
besteht.
-
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 1 und
9 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
-
Die
Erfindung nutzt den Umstand, 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.
-
Darüber hinaus
wird erfindungsgemäß aus der
Differenz zwischen der gemessenen Raumtemperatur und einem Raumtemperatur-Sollwert
eine erste erwünschte
Heizleistungsänderung
berechnet, aus der Differenz zwischen der ermittelten Ausblastemperatur
und einem Ausblastemperatur-Sollwert eine zweite erwünschte Heizleistungsänderung
berechnet, die erste erwünschte
Heizleistungsänderung
mit der zweiten erwünschten
Heizleistungsänderung
verglichen und die geringere erwünschte Heizleistungsänderung
durchgeführt.
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
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.
-
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
Heizleis tungsänderung
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:
-
1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems;
-
2 ein
Flussdiagramm zur Erläuterung
eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs;
und
-
3 ein
Diagramm zur Erläuterung
eines zeitlichen Heizleistungsverlaufs.
-
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.
-
2 zeigt
ein Flussdiagramm zur Erläuterung
eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs. Die
in 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.
-
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.
-
- 10
- Heizluft
- 12
- Luftheizgerät
- 14
- Temperatursensor
- 16
- Luftführungskanal
- 18
- Steuergerät
- 20
- elektrische
Verbindung
- 22
- zu
beheizender Raum
- 24
- Temperatursensor
- 26
- elektrische
Verbindung