-
Die
Erfindung betrifft ein Heizgerät,
insbesondere ein Fahrzeugzusatzheizgerät, mit zumindest einem Temperatursensor,
der ein Temperatursensorausgangssignal liefert, das von einer Steuerungs- und/oder
Regelungseinrichtung zum Steuern und/oder Regeln des Heizgerätes ausgewertet
wird, das eingerichtet ist zur Durchführung eines im folgenden beschriebenen
Verfahrens. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und/oder
Regeln eines Heizgerätes,
insbesondere eines Fahrzeugzusatzheizgerätes, bei dem zumindest ein
Temperatursensorausgangssignal eines Temperatursensors, ausgewertet
wird, wobei das Temperatursensorausgangssignal einem Korrekturalgorithmus
zugeführt
wird, der Ungenauigkeiten im Temperatursensorausgangssignal zumindest
teilweise kompensiert und wobei der Korrekturalgorithmus zumindest
eine mathematische Formel umfasst, die zumindest einen ersten Parameter
aufweist, dessen Wert in Abhängigkeit
von theoretischen und/oder empirischen Ergebnissen gewählt wird.
-
Bei
den gattungsgemäßen Heizgeräten und Verfahren
wird die vom Temperatursensor ermittelte Temperatur beziehungsweise
das Temperatursensorausgangssignal direkt zur Steuerung und/oder
Regelung der Temperatur des flüssigen
Wärmeträgers verwendet.
Die Erfahrung zeigt, dass die Unterschiede zwischen den über den
Temperatursensor ermittelten Temperaturwerten und den tatsächlichen
Temperaturwerten beispielsweise des flüssigen Wärmeträgers beispielsweise bis zu
25°C betragen
können. Bei
Fahrzeugzusatzheizgeräten
führt dieser Umstand
dazu, dass aufwendige Abstimmungsarbeiten am Kundenfahrzeug erforderlich
sind, was zusätzliche
Kosten verursacht. Beispielsweise ist es möglich, fest in der Steuerungs-
und/oder Regelungseinrichtung hinterlegte Werte für Schaltschwellen
für die Temperatursteuerung
und/oder -regelung zu ändern. Eine
feste Änderung
dieser Schaltschwellen kann jedoch nicht an unterschiedliche Betriebszustände angepasst
werden, beispielsweise an einen Heizbetrieb in Volllast oder Teillast
oder an einen Abkühlbetriebszustand.
-
Die
Druckschrift
DE 100
02 217 A1 zeigt ein Verfahren zur Temperaturkompensation
eines im Steuergerät
integrierten Temperaturfühlers
eines Heizgerätes
zur Beheizung eines Raumes. Der Temperaturfühler wird als Istwertgeber
eines Regelkreises zur Regelung der Raumtemperatur eingesetzt. Das
Temperaturfühlerausgangssignal
wird einem Korrekturalgorithmus zugeführt, und ein Steuergerät regelt
die Heizleistung in der Weise, dass die Raumtemperatur dem vorgegebenen
Sollwert mit möglichst
geringer Abweichung entspricht.
-
Die
Druckschrift
DE 42
14 702 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Regeln der Innenraumtemperatur eines mit einer Klimaanlage ausgestatteten
Kraftfahrzeugs. Dabei wird die Innenraumtemperatur in Abhängigkeit
von der Aussentemperatur, einem Innenraumtemperatur-Istwert und
einem Innenraumtemperatur-Sollwert gesteuert, wobei Ungenauigkeiten
der Temperatursensorausgangssignale mit Hilfe eines durch Tiefpassfilterung
ermittelten zeitlichen Korrekturfaktors zumindest teilweise kompensiert
werden.
-
Die
Druckschrift
DE 44
46 829 A1 zeigt ein Fahrzeugheizgerät mit einer Überhitzungs-Überwachungseinrichtung,
das einerseits eine „Früherkennung" eines mit hoher
Wahrscheinlichkeit zu erwartenden Überhitzungszustands realisiert
und andererseits durch ein redundantes System die Sicherheit einer
rechtzeitigen Abschaltung des Geräts bei Gefahr einer Überhitzung
vorsieht.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Heizgeräte und die
gattungsgemäßen Verfahren
derart weiterzubilden, dass ein genauerer Temperaturwert zum Steuern
und/oder Regeln des Heizgerätes
herangezogen wer den kann und daher insbesondere die thermischen
Trägheiten des
Heizgerätes
und der Sensoren sowie die dadurch bedingten dynamischen Vorgänge beim
Ein- und Ausschalten
des Heizgerätes
während
des Betriebes des Heizgerätes
auszugleichen.
-
Diese
Aufgabe wird durch die in dem unabhängigen Anspruch angegebenen
Merkmale gelöst.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den abhängigen
Ansprüchen.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Steuern und/oder Regeln eines Heizgerätes baut auf dem gattungsgemäßen Stand
der Technik dadurch auf, dass die Auswertung des Temperatursensorausgangssignals
umfasst, dass die zumindest eine mathematische Formel zumindest
einen von der Zeit abhängigen
Bestandteil aufweist, der wiederum eine Zeitkonstante von Heizgerätbauteilen
aufweist.
-
Ein
geeigneter Korrekturalgorithmus kann theoretisch oder empirisch
im Versuch festgelegt werden und beispielsweise an den jeweiligen
Fahrzeugtyp angepasst sein, so dass nachträglich keine aufwendigen Abstimmungsarbeiten
an Kundenfahrzeugen mehr erforderlich sind.
-
In
diesem Zusammenhang ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise
vorgesehen, dass für
unterschiedliche Betriebszustände
des Heizgerätes,
insbesondere für
einen Erwärmungsbetriebszustand
und einen Abkühlbetriebszustand,
unterschiedliche Korrekturalgorithmen vorgesehen sind. Selbstverständlich können auch
mehr als zwei Betriebszustände
berücksichtigt
werden. Beispielsweise kann beim Heiz- beziehungsweise Erwärmungsbetriebszustand
zwischen Volllast und Teillast unterschieden werden.
-
Mit
dem Korrekturalgorithmus kann beispielsweise eine Mittelung für verschiedene
Betriebszustände
und Durchflösse
des flüssigen
Wärmeträgers durchgeführt werden,
um allen auftretenden Zuständen
besser gerecht zu werden.
-
Eine
vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht in diesem
Zusammenhang vor, dass die zumindest eine mathematische Formel ein
Polynom enthält,
wobei das von dem Temperatursensor gelieferte Temperatursensorausgangssignal
eine Variable des Polynoms bildet. In vielen Fällen ist es bereits ausreichend,
ein Polynom ersten Grades zu verwenden, so dass die mathematische
Formel zumindest einen linearen Anteil aufweist.
-
Im
vorstehend erläuterten
Zusammenhang ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass die zumindest
eine mathematische Formel zumindest einen von der Zeit abhängigen Bestandteil
aufweist. Der von der Zeit abhängige
Bestandteil kann insbesondere vorgesehen sein, um durch die thermischen Trägheiten
des Heizgerätes
und der Sensoren bedingte dynamische Vorgänge beim Ein- und Ausschalten
des Heizgerätes
während
des Betriebs des Heizgerätes
auszugleichen.
-
In
diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen,
wenn vorgesehen ist, dass der von der Zeit abhängige Bestandteil der zumindest
einen mathematischen Formel ein zeitabhängiges Verzögerungsglied ist.
-
Dabei
kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das zeitabhängige Verzögerungsglied
die folgende Form hat (1 – e–t/τ),wobei
t die Zeit, τ die
Zeitkonstante von Heizgerätebauteilen
und e die Basis des natürlichen
Logarithmus ist. Ein derartiges Verzögerungsglied ist auch unter
der Bezeichnung PT1-Glied bekannt (in diesem Fall
mit einem Verstärkungsfaktor
von 1). Gegebenenfalls können
selbstverständlich
auch Verzögerungsglieder
anderer Ordnung verwendet werden.
-
In
diesem Zusammenhang kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Werte
des von der Zeit abhängigen
Bestandteils durch mehrere zeitabhängig aus einem Speicher abrufbare
Festwerte gebildet sind.
-
Alternativ
kann vorgesehen sein, dass die Werte des von der Zeit abhängigen Bestandteils durch
separate Hardware bestimmt werden.
-
Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, dass die zumindest eine mathematische Formel die folgende
Form hat Tk = A·TTS + B·(1 – e–t/τ),wobei
Tk der Ausgabewert des Korrekturalgorithmus, A
und B theoretisch und/oder empirisch bestimmte Werte, TTS das
Temperatursensorausgangssignal beziehungsweise eine diesem entsprechende
Temperatur, t die Zeit, τ die
Zeitkonstante von Heizgerätebauteilen
und e die Basis des natürlichen
Logarithmus ist. Die Konstanten A und B können beispielsweise in Abhängigkeit
vom Heizgerätetyp
und insbesondere vom Fahrzeugtyp empirisch oder theoretisch bestimmt
werden.
-
Dabei
ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass die Werte von A und
B in Abhängigkeit
vom Betriebszustand des Heizgerätes
gewählt
werden.
-
Jedes
Heizgerät,
das zur Durchführung
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
eingerichtet ist, fällt
in den Schutzbereich der zugehörigen
Ansprüche.
-
Bei
einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Heizgerätes ist
weiterhin vorgesehen, dass es einen Gehäusemantel und einen Wärmeübertrager
aufweist, der zumindest abschnittsweise innerhalb des Gehäusemantels
derart angeordnet ist, dass zwischen dem Gehäusemantel und dem Wärmeübertrager ein
Zwischenraum gebildet wird, der dazu vorgesehen ist, von einem flüssigen Wärmeträger durchströmt zu werden,
und dass der Temperatursensor als Anlagetemperatursensor ausgebildet
ist, der auf dem Wärmeübertrager
zur Anlage kommt. Auf diese Weise können unerwünschte externe thermische Einflüsse zumindest
weitgehend vom Temperatursensorausgangssignal entkoppelt werden,
so dass eine genauere Steuerung und/oder Regelung des Heizgerätes ermöglicht wird.
Dieser Weiterbildung liegt die überraschende
Erkenntnis zugrunde, dass mit einem an dem Wärmeübertrager anliegenden Temperatursensor
nicht nur eine Überhitzung
des Wärmeübertragers
detektiert werden kann, sondern dass ein derartiger Anlagetemperatursensor
auch in vorteilhafter Weise dazu geeignet ist, die Temperatur des
flüssigen
Wärmeträgers für dessen
gesamten Temperaturbereich zu erfassen.
-
Vorzugsweise
ist bei dem erfindungsgemäßen Heizgerät weiterhin
vorgesehen, dass der Gehäusemantel
eine erste Bohrung aufweist, durch die der Temperatursensor geführt ist.
Dabei kann beispielsweise weiterhin vorgesehen sein, dass die erste
Bohrung mit einer Hülse
oder dergleichen ausgestattet wird, in die der Temperatursensor
eingeführt wird.
Dies ermöglicht
es, den Temperatursensor auszubauen, ohne dass Teile des flüssigen Wärmeträgers durch
die Bohrung austreten. Während
der Überhitzungsschutzsensor
vorzugsweise in dem Bereich des Wärmeübertragers angeordnet ist,
in dem die höchsten
Temperaturen zu erwarten sind, insbesondere im Bereich des Bodens
des Wärmeübertragers,
kann die erste Bohrung und damit der Temperatursensor auch an anderen
Stellen angeordnet werden, beispielsweise beabstandet vom Boden
des Wärmeübertragers.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Heizgerät ist vorzugsweise
weiterhin vorgesehen, dass der Temperatursensor durch den Zwischenraum
zwischen dem Gehäusemantel
und dem Wärmeübertrager
geführt
ist. Auf diese Weise wird der Temperatursensor aufgrund der größeren Eintauchtiefe
in den flüssigen Wärmeträger besser
von diesem umspült
und ist thermisch weniger an den Gehäusemantel angebunden.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Heizgerät kann weiterhin
vorgesehen sein, dass es einen Überhitzungsschutzsensor
aufweist und dass der Überhitzungsschutzsensor
als Anlageüberhitzungsschutzsensor
ausgebildet ist, der auf dem Wärmeübertrager,
insbesondere an dessen Bodenbereich, zur Anlage kommt.
-
Insbesondere
in diesem Zusammenhang ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass
der Gehäusemantel
eine zweite Bohrung aufweist, durch die der Überhitzungsschutzsensor geführt ist.
Die zweite Bohrung kann dabei in an sich bekannter Weise derart
angeordnet sein, dass der Überhitzungsschutzsensor
in einem Bereich des Wärmeübertragers
zur Anlage kommt, von dem bekannt ist, dass er am stärksten erwärmt wird,
beispielsweise im Bodenbereich.
-
Insbesondere
zu diesem Zweck kann bei dem erfindungsgemäßen Heizgerät weiterhin vorgesehen sein,
dass der Überhitzungsschutzsensor durch
den Zwischenraum zwischen dem Gehäusemantel und dem Wärmeübertrager
geführt
ist.
-
Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
anhand bevorzugter Ausführungsformen
beispielhaft erläutert.
Es zeigt:
-
1 ein
Flussdiagramm, das die Anwendung eines Korrekturalgorithmus auf
das Temperatursensorausgangssignal veranschaulicht; und
-
2 einen
Teil einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Heizgerätes.
-
1 zeigt
ein Flussdiagramm, das die Anwendung eines Korrekturalgorithmus
auf das Temperatursensorausgangssignal veranschaulicht. Der dargestellte
Korrekturalgorithmus beginnt mit dem Schritt S10. Beim Schritt S11
wird das Temperatursensorausgangssignal TTS erfasst,
das aus unterschiedlichen Gründen
von der tatsächlichen
Temperatur des flüssigen
Wärmeträgers abweichen
kann. Nachdem beim Schritt S11 das Temperatursensorausgangssignal
erfasst beziehungsweise abgetastet wurde, wird im Schritt S12 überprüft, ob der
Betriebszustand des Heizgerätes
der Erwärmungsbetriebszustand
ist. Für
den in 1 dargestellten Fall ist zur Vereinfachung angenommen,
dass das Heizgerät
ledig lich zwei Betriebszustände
aufweist, nämlich
einen Erwärmungsbetriebszustand,
in dem eine Brennstoffförderung
zum Brenner des Heizgerätes stattfindet,
und einen Abkühlbetriebszustand,
in dem keine Brennstoffförderung
stattfindet. In der Praxis kann zwischen mehreren Betriebszuständen unterschieden
werden, wobei bezüglich
dem Erwärmungsbetriebszustand
beispielsweise zwischen einem Heizbetrieb in Volllast und in Teillast
unterschieden werden kann. Sofern im Schritt S12 festgestellt wird,
dass der Betriebszustand der Erwärmungsbetriebszustand
ist, wird zum Schritt S13 verzweigt, in dem der Ausgabewert Tk des Korrekturalgorithmus über die
Formel Tk = A·TTS + B·(1 – e–t/τ)bestimmt
wird. Die Konstanten A und B können
theoretisch und/oder empirisch bestimmt werden und sind speziell
an den Erwärmungsbetriebszustand
angepasst. Der von der Zeit abhängige
Bestandteil (1 – e–t/τ) ist
durch ein zeitabhängiges
Verzögerungsglied erster
Ordnung gebildet, wobei t die Zeit, τ die Zeitkonstante von Heizgerätebauteilen
und e die Basis des natürlichen
Logarithmus ist. Das zeitabhängige Verzögerungsglied
ist dazu vorgesehen, dynamische Vorgänge beim Ein- und Ausschalten
des Heizgerätes,
die durch die thermischen Trägheiten
des Heizgerätes
und der Sensoren bedingt sind, während
des Heizgerätbetriebs
auszugleichen. Nachdem der Ausgabewert Tk des
Korrekturalgorithmus bestimmt wurde, erfolgt im Schritt S15 die
Steuerung und/oder Regelung des Heizgerätes in Abhängigkeit vom Ausgabewert Tk des Korrekturalgorithmus anstelle des von dem
Temperatursensor TTS gelieferten Signals.
Sofern im Schritt S12 festgestellt wird, dass der Betriebszustand
nicht der Erwärmungsbetriebszustand, sondern
der Abkühlbetriebszustand
ist, wird zum Schritt S14 verzweigt, in dem ebenfalls ein Ausgabewert
Tk des Korrekturalgorithmus bestimmt wird,
in diesem Fall über
die Formel Tk = C·TTS + D·(1 – e–t/τ).
-
Diese
Formel hat den gleichen Aufbau wie die im Schritt S13 verwendete
Formel, weist jedoch andere Konstanten C und D auf, die speziell
an den Abkühlbetriebszustand
angepasst sind. Nachdem beim Schritt S14 der Ausgabewert Tk des Korrekturalgorithmus bestimmt wurde,
wird ebenfalls beim Schritt S15 fortgefahren, in dem die Steuerung und/oder
Regelung des Heizgerätes
in Abhängigkeit vom
Ausgabewert Tk des Korrekturalgorithmus
vorgenommen wird. Beim Schritt S16 wird überprüft, ob der Korrekturalgorithmus
beendet werden soll. Ist dies der Fall, so wird zum Schritt S17
verzweigt, wo der Algorithmus endet. Anderenfalls wird zurück zum Schritt
S11 verzweigt, in dem erneut das Temperatursensorausgangssignal
TTS erfasst wird.
-
Bei
dem in 2 dargestellten Heizgerät handelt es sich um ein Fahrzeugzusatzheizgerät, das einen
Wärmeübertrager 12 (der
eine Brennkammer umgibt) und einen Gehäusemantel 10 aufweist,
die derart angeordnet sind, dass sich zwischen ihnen ein Zwischenraum 14 ergibt.
Der Zwischenraum 14 ist dazu vorgesehen, von einem flüssigen Wärmeträger durchströmt zu werden,
beispielsweise von Wasser. Ein Überhitzungsschutzsensor 16 ist
in an sich bekannter Weise in einer Bohrung 22 derart angeordnet,
dass er an dem Wärmeübertrager 12 anliegt.
Der Überhitzungsschutzsensor 16 ist
dabei an einer Stelle angeordnet, die beim Betrieb des Heizgerätes und insbesondere
auch bei einem fehlerhaften Betrieb des Heizgerätes (beispielsweise bei fehlendem
oder unzureichendem flüssigen
Wärmeträger) am
stärksten
erwärmt
wird, um das Heizgerät
gegebenenfalls abschalten zu können,
insbesondere im Bereich des Bodens 24 des Wärmeübertragers 12.
Ein Temperatursensor 18 liefert ein Temperatursensorausgangssignal,
das von einer nicht dargestellten Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung
zum Steuern und/oder Regeln des Heizgerätes ausgewertet wird. Das Ausgangsignal
TTS von diesem Temperatursensor 18 wird
erfindungsgemäß dem Korrekturalgorithmus
unterzogen. Der Temperatursensor 18 ist als Anlagetemperatursensor
ausgebildet, der auf dem Wärmeübertrager
zur Anlage kommt. Zu diesem Zweck ist der Temperatursensor 18 durch
eine Bohrung 20 und durch den Zwischenraum 14 zwischen
dem Gehäusemantel 10 und
durch den Wärme übertrager 12 geführt. Durch
diese Anordnung ist der Temperatursensor 18 weitgehend
von störenden
Umwelteinflüssen
entkoppelt. Im Betrieb wird der Temperatursensor 18 von
dem durch den Zwischenraum 14 strömenden flüssigen Wärmeträger umspült, was sich ebenfalls positiv
auf die Temperaturerfassung auswirkt.