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Die Erfindung betrifft ein mobiles
Zusatzheizgerät,
mit einer Brenneinrichtung, die von einer Brennstoffzuführeinrichtung
und einer Brennluftzuführeinrichtung
versorgt wird, und einer Steuereinrichtung, die geeignet ist, die
Brennluftzuführeinrichtung
und/oder die Brennstoffzuführeinrichtung
in Abhängigkeit
eines Signals zu steuern, das von einer Signaleinrichtung zum Ermitteln
der Luftdichte der mit der Brennluftzuführeinrichtung zu fördernden
oder geförderten
Luft übermittelt
wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, das mit einem
derartigen Zusatzheizgerät
ausgestattet ist, sowie ein Verfahren zum Bereitstellen eines Signals über die
Luftdichte der mit einer Brennluftzuführeinrichtung eines mobilen
Zusatzheizgerätes
zu fördernden
oder geförderten
Luft.
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Zusatzheizgeräte dieser Art werden bei Fahrzeugen,
wie Personenwagen, Nutzfahrzeugen, Bussen, Eisenbahnwagons oder
Schiffen, eingebaut. Sie dienen in der Regel zum Beheizen eines
Fahrgastraumes und/oder zum Vorwärmen
des Kühlwassers
eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs.
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Die Luftdichte und dementsprechend
der Sauerstoffgehalt der Luft können
größenordnungsmäßig um den
Faktor zwei schwanken, wenn von einem Temperaturbereich der Luft
von –40° Celsius
bis +30° Celsius
und einer geodätischen
Höhe (Höhe über Normalnull)
zwischen 0 Meter bis 2.500 Meter ausgegangen wird (siehe 1, Bereich R). Es sind Zusatzheizgeräte bekannt,
bei denen eine veränderte
Luftdichte, die sich beispielsweise durch Bewegen des mit dem Zusatzheizgerät versehenen
Fahrzeugs ergibt, berücksichtigt
wird.
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So beschreibt
DE 199 06 285 A1 , die als Grundlage
für den
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dient, ein Zusatzheizgerät für mobile
Anwendungen, bei dem eine Brennstoffzuführeinrichtung oder eine Brennluftzuführeinrichtung
in Abhängigkeit
der Luftdichte der mit der Brennluftzuführeinrichtung zu fördernden
oder geförderten
Luft gesteuert wird. Die Luftdichte wird gemäß
DE 199 06 285 A1 durch
Erfassung von Luftdruck und Lufttemperatur ermittelt. Hierzu sind
am Zusatzheizgerät
eigens anzuordnende und an eine Steuereinrichtung anzuschließende Sensoren
erforderlich.
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Aus
DE 199 29 891 A1 ist es ebenfalls bekannt,
die Luftdichte bzw. die Dichte der Atmosphäre in der Umgebung eines Zusatzheizgerätes mittels Sensoren
Für die
Lufttemperatur sowie den Luftdruck zu ermitteln. Ferner beschreibt
diese Druckschrift, dass die Luftdichte bei der Steuerung des Zusatzheizgerätes indirekt
berücksichtigt
werden kann, indem die Sauerstoff- und/oder Kohlendioxyd-Konzentration
der Verbrennungsgase des Heizgerätes
erfasst und eine Brennstoffpumpe und/oder ein Zuluftgebläse so gesteuert
werden, dass die Kohlendioxid-Konzentration in einem vorgegebenen
Bereich bleiben. Auch bei dieser Art der Steuerung eines Zusatzheizgerätes müssen Sensoren
vorgesehen sein, die zumindest den Sauerstoff- und/oder die Kohlendioxyd-Konzentration
der Verbrennungsgase ermitteln können.
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Aus
DE 44 47 286 A1 ist ein Fahrzeugheizgerät bekannt,
bei dem einem Brenner von einem durch einen Elektromotor angetriebenen
Brennluftgebläse
Luft zugeführt
wird. In einem Luftkanal ist ein Luftmassenstromsensor angeordnet,
der den vom Brennluftgebläse
geförderten
Luftmassenstrom misst. Ein Massenstromausgangssignal oder -messwert
wird einer Steuerung zugeführt,
die in Abhängigkeit
des Signals bzw. des Messwertes die Drehzahl des Elektromotors in
Echtzeitregelung steuert.
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Aus
DE 42 17 150 C2 ist ein motorunabhängiges Fahrzeugheizgerät mit einem
Brenner bekannt, der mit Brennstoff und Brennluft versorgt wird.
In einem brennluftzuführenden
Bereich des Heizgerätes ist
wenigstens eine Absolutdruck-Messeinrichtung angeordnet, die den
Brennluftvolumenstrom absolutdruckabhängig verändert.
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Aus
DE 197 44 414 A1 ist eine Kraftfahrzeugklimaanlage
bekannt, bei der eine Steuereinheit den jeweiligen Betriebszustand
in Abhängigkeit
von einem vorgebbaren Sollbetriebsgebiet für das Kraftfahrzeug oder von
dem Gebiet, in welchem sich das Kraftfahrzeug momentan befindet,
selbsttätig
einstellt. Die Klimaanlage wird so an eine bestimmte Benutzergruppe
oder eine Klimaregion angepasst. So wird etwa in Abhängigkeit
von der Position des Kraftfahrzeuges eine raschere und weitergehendere
Innenraumabkühlung
und ein höherer
Kühlluftstrom vorgesehen.
Der Steuereinheit ist ein Navigationssystem mit einem Sensor zum
Empfang von GPS-Signalen zugeordnet.
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Zugrundeliegende Aufgabe
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
mobiles Zusatzheizgerät
zu schaffen, bei dem ebenfalls die Brennluftzuführeinrichtung und/oder die Brennstoffzuführeinrichtung
in Abhängigkeit
der Luftdichte der mit der Brennluftzuführeinrichtung zu fördernden
oder geförderten
Luft steuerbar ist, das aber dennoch im Vergleich zu bekannten Zusatzheizgeräten hinsichtlich
Herstellung und/oder Wartung kostengünstiger ist.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem
eingangs genannten mobilen Zusatzheizgerät gelöst, bei dem die Signaleinrichtung
dazu eingerichtet ist die geographische Position des mobilen Zusatzheizgerätes, aus
dieser die geodätische
Höhe des
Zusatzheizgerätes
und daraus eine auf die geodätische
Höhe bezogene
Basisluftdichte zu ermitteln. Ferner ist die Aufgabe mit einem Fahrzeug
gelöst,
bei dem ein derartiges Zusatzheizgerät vorgesehen ist, und schließlich auch
mit einem Verfahren der eingangs genannten Art, mit den Schritten:
Ermitteln der geographischen Position des mobilen Zusatzheizgerätes, Ermitteln
der geodätischen
Höhe des
Zusatzheizgerätes
auf der Grundlage der ermittelten geographischen Position, und Ermitteln
einer Basisluftdichte auf der Grundlage der ermittelten geodätischen
Höhe.
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Erfindungsgemäß wird die Luftdichte der Umgebungsluft
des mobilen Zusatzheizgerätes
auf der Grundlage der von einer Signaleinrichtung ermittelten gegenwärtigen geodätischen
Höhe des
Zusatzheizgerätes "errechnet" und nicht wie bei
herkömmlichen
Zusatzheizgeräten
mit Hilfe von Sensoren gemessen. Auf diese Art wird ohne zusätzlich vorzusehende
und u. U. wartungsintensive Sensoren zumindest eine Basisluftdichte
für die
Steuerung der Brennstoffruführeinrichtung
und/oder der Brennluftzuführeinrchtung
bereitgestellt.
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Darüber hinaus weist das erfindungsgemäße Zusatzheizgerät den Vorteil
auf, dass anhand der ermittelten Basisluftdichte auch Messdaten
von Sensoren, wie etwa Drucksensoren, Temperatursensoren oder Luftmassenmessern
auf Richtigkeit überprüft werden
können.
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Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung umfasst die Signaleinrichtung ein Ortungssystem, insbesondere
ein GPS (Global Positioning System). Alternativ Diese Aufgabe ist
erfindungsgemäß mit einem
eingangs genannten mobilen Zusatzheizgerät gelöst, bei dem die Signaleinrichtung
dazu eingerichtet ist die geographische Position des mobilen Zusatzheizgerätes, aus
dieser die geodätische Höhe des Zusatzheizgerätes und
daraus eine auf die geodätische
Höhe bezogene
Basisluftdichte zu ermitteln. Ferner ist die Aufgabe mit Verwendung
eines derartigen Zusatzheizgeräts
in einem Fahrzeug gelöst,
und schließlich
auch mit einem Verfahren der eingangs genannten Art, mit den Schritten:
Ermitteln der geographischen Position des mobilen Zusatzheizgerätes, Ermitteln
der geodätischen
Höhe des Zusatzheizgerätes auf
der Grundlage der ermittelten geographischen Position, und Ermitteln
einer Basisluftdichte auf der Grundlage der ermittelten geodätischen
Höhe.
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Erfindungsgemäß wird die Luftdichte der Umgebungsluft
des mobilen Zusatzheizgerätes
auf der Grundlage der von einer Signaleinrichtung ermittelten gegenwärtigen geodätischen
Höhe des
Zusatzheizgerätes „errechnet" und nicht wie bei
herkömmlichen
Zusatzheizgeräten
mit Hilfe von Sensoren gemessen. Auf diese Art wird ohne zusätzlich vorzusehende
und u.U. wartungsintensive Sensoren zumindest eine Basisluftdichte
für die
Steuerung der Brennstoffzuführeinrichtung
und/oder der Brennluftzuführeinrichtung
bereitgestellt.
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Darüber hinaus weist das erfindungsgemäße Zusatzheizgerät den Vorteil
auf, dass anhand der ermittelten Basisluftdichte auch Messdaten
von Sensoren, wie etwa Drucksensoren, Temperatursensoren oder Luftmassenmessern
auf Richtigkeit überprüft werden
können.
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oder zusätzlich kann die Signaleinrichtung mit
einem Navigationssystem gekoppelt sein, oder ein solches integriert
haben. Ortungs- oder Navigationssysteme sind bei heutigen Straßenfahrzeugen bereits
vielfach standardmäßig eingebaut.
Auf diese Systeme kann von einer Steuereinrichtung eines Zusatzheizgerätes beispielsweise über eine
ebenfalls vorhandene Busleitung zugegriffen werden. Somit können die
erforderlichen Daten über
die geographische Position und die geodätische Höhe des Straßenfahrzeugs nahezu ohne Zusatzaufwand
ermittelt werden. Dabei kann das Ortungs- oder Navigationssystem
der Steuereinrichtung entweder ein Signal über die geodätische Höhe übermitteln
oder die Steuereinrichtung ermittelt die Höhe selbst auf der Grundlage
einer übermittelten
geographischen Position und beispielsweise einer hinterlegten Höhentabelle. Es
sein angemerkt, dass die bei heutigen Ortungs- oder Navigationssystemen
gewährleistete
Genauigkeit der ermittelten Ist-Position eines Fahrzeugs mehr als
ausreichend ist, um eine Basisluftdichte zu ermitteln. Für die erfindungsgemäßen Zwecke
reicht auch ein weniger genau arbeitendes Ortungssystem aus, welches
sehr preisgünstig
ist und unter Umständen
auch am Zusatzheizgerät
selbst vorgesehen sein kann. [0014] Neben der ermittelten Basisluftdichte
ist es vorteilhaft noch einen weiteren Parameter über den
Zustand der von der Brennluftzuführeinrichtung
zu fördernden
oder geförderten
Luft zu ermitteln, wie etwa die Lufttemperatur oder den Luftdruck.
Mit diesem zusätzlichen
Parameter kann dann die tatsächliche
Luftdichte mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. So kann (wie auch
in 1 dargestellt) die
Luftdichte beispielsweise aus einer Tabelle anhand der ermittelten
Höhe über Normalnull
und der ermittelten Lufttemperatur ausgegeben werden.
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Um die erfindungsgemäße Lösung auch
für Standheizungen
nutzbar zu machen, ist es vorteilhaft, wenn in einem Standheizbetriebsmodus
die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Brennstoffzuführeinrichtung
bzw. die Brennluftzuführeinrichtung
in Abhängigkeit
der zuletzt ermittelten auf die geodätische Höhe bezogenen Basisluftdichte
zu steuern. Der Ausdruck "zuletzt
ermittelt" soll
in diesem Zusammenhang bedeuten, dass am Ende eines Fahrbetriebes
die ermittelte geodätische
Höhe oder die
Basisluftdichte der Steuereinrichtung mitgeteilt und in einem Speicher
derselben gespeichert bleibt, um dann bei einem späteren Standheizbetrieb
auf diese Höhen-
oder Dichtenangabe zurückgreifen
zu können.
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Über
die genannten Funktionen hinaus, aber auch alternativ zu diesen,
können
die ermittelten geographischen und geodätischen Messdaten von der Steuereinrichtung
des Zusatzheizgerätes
auch dahingehend ausgewertet werden, dass weitere ortsabhängige Eigenschaften
der Umgebungsluft, wie etwa die Luftfeuchte oder die "natürliche" Konzentration von
Gasen berücksichtigt
werden. Beispielsweise ist die Konzentration an COx und/oder
NOx in der Luft unterschiedlicher Regionen
unterschiedlich hoch. So kann z. B. zwischen einem Betrieb in einem
Ballungsraum und in einer ländlichen
Gegend unterschieden werden. Im Ballungsraum steuert die Steuereinrichtung
das Zusatzheizgerät
dann beispielsweise, insbesondere bei hoher Schadstoflkonzentration
in der Umgebungsluft, bei verringerter Leistung in einem besonders
schadstoffarmen Betriebsmodus.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Zusatzheizgerätes anhand
der beigefügten
schematischen Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigt
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1 ein
Diagramm, das die Luftdichte, angegeben in Kilogramm/Kubikmeter
[kg/m3], als Funktion der geodätischen
Höhe (Höhe ü.N.N.),
angegeben in Metern [m], und der Lufttemperatur, angegeben in Grad
Celsius [°C],
veranschaulicht, und
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2 eine
teilweise aufgebrochene Seitenansicht eines Personenkraftwagens
mit einem Ausführungsbeispiel
eines erfindungemäßen Zusatzheizgerätes.
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Detaillierte Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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1 veranschaulicht
den Zusammenhang zwischen der an einem mobilen Zusatzheizgerät vorherrschenden
Luftdichte und der Höhe
des Zusatzheizgerätes über Normalnull
sowie der Lufttemperatur am Zusatzheizgerät.
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Das Diagramm zeigt, dass bei einer
Höhendifferenz
zwischen 0 m und 2000 m die Luftdichte bei gleicher Lufttemperatur
um etwa 0,35 kg/m3 schwankt. Die Luftdichte
ist ein Maß für den Sauerstoffgehalt
der Luft und damit eine wichtige Einflussgröße auf die Qualität einer
Verbrennung an einer Brenneinrichtung des Zusatzheizgerätes. Würde einer
Brenneinrichtung eine pro Zeiteinheit konstante Brennluft- und Brennstoffmenge
zugeführt,
obwohl die Luftdichte aufgrund einer veränderten Höhenlage des Zusatzheizgerätes schwankt,
so würde
dies zu einem schwankenden Verhältnis
von zugeführter Sauerstoffmenge
zu Brennstoffmenge und somit zu einer qualitativ unterschiedlichen
Verbrennung führen.
Dies hätte
einen erhöhten
Schadstoffausstoß zur Folge,
den es zu vermeiden gilt. Bei Zusatzheizgeräten wird daher die zugeführte Menge
an Brennluft und Brennstoff in Abhängigkeit der Luftdichte der Brennluft
gesteuert.
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2 zeigt
ein Fahrzeug 10 in Gestalt eines Personenkraftwagens, mit
einem Zusatzheizgerät 12,
das in einem Zuheizbetriebsmodus der einem Standheizbetriebsmodus
betrieben werden kann.
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Das Zusatzheizgerät 12 weist eine Brenneinrichtung 14 auf,
der im Betrieb von einer Brennstoffzuführeinrichtung 16 in
Gestalt einer Brennstoffpumpe Brennstoff und von einer Brennluftzuführeinrichtung 18 in
Form eines Brennluftgebläses
Brennluft zugeführt
werden. Das Zuführen
von Brennluft und Brennstoff wird über eine mittels Leitungen 20 und 22 an
die Brennstoffzuführeinrichtung 16 bzw.
die Brennluftzuführeinrichtung 18 angeschlossene
Steuereinrichtung 24 in Gestalt eines elektronischen Steuergerätes gesteuert.
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Die Steuereinrichtung 24 ist über eine
Leitung 26 mit einem im Fahrzeug 10 verlegten
Datenbus 28, vorzugsweise einem CAN-Datenbus verbunden.
An den Datenbus 28 sind ferner über eine Leitung 30 ein
Navigationssystem 32, über
eine Leitung 34 ein Außentemperatursensor 36 und über eine
Leitung 38 ein Ortungssystem 40, vorzugsweise
in Form eines GPS-Empfängers
angeschlossen. Das Ortungssystem 40 ist über eine
Leitung 42 mit einer Antenne 44 verbunden.
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Der Steuereinrichtung 24 soll
auf einfache Weise eine Information über die in der Umgebung des
Fahrzeugs 10 vorherrschende Luftdichte übermittelt werden. Dies wird
erreicht, indem an der Steuereinrichtung 24 eine nicht
näher dargestellte
Schaltung dazu eingerichtet ist, dass sie über den Datenbus 28 vom
Orungssystem 40 die gegenwärtige geodätische Höhe des Fahrzeugs 10 bzw.
des Zusatzheizgerätes 12 mitgeteilt
bekommt. Die Schaltung der Steuereinrichtung 24 ermittelt
ferner anhand der vom Orungssystem 40 erfassten geodätischen
Höhe eine
Basisluftdichte. Diese Basisluftdichte entspricht beim dargestellten
Beispiel der auf die geodätische Höhe bezogenen
Luftdichte bei einer Lufttemperatur von 0°C. Die Ermittlung erfolgt mir
Hilfe einer Dichtetabelle, die in einem nicht dargestellten Speicher
der Steuereinrichtung 24 hinterlegt ist.
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Somit arbeiten die an der Steuereinrichtung 24 vorgesehene
Schaltung und der Speicher als Signaleinrichtung, die in Zusammenarbeit
mit dem Ortungssystem 40 ohne erheblichen Mehraufwand eine zumindest
grundlegende Information über
die am Zusatzheizgerät 12 momentan
vorhenschende Luftdichte liefert.
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Das Ortungssystem 40 ermittelt
die geodätische
Höhe auf
der Grundlage einer geographischen Position des Fahrzeugs 10,
wobei die Antenne 44 mir einem nicht näher dargestellten Satellitensystem
zusammenwirkt.
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Die ermittelten Daten über die
geographische Position und die geodätische Höhe werden auch dem Navigationssystem 32 übermittelt,
welches diese einem Benutzer des Fahrzeugs 10 zur Anzeige bringen
kann.
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Die Steuereinrichtung 24 ist
ferner dazu eingerichtet, dass sie vom Außentemperatursensor 36 Information über die
gegenwärtig
am Fahrzeug 10 vorhenschende Außenlufttemperatur erhält. Die Steuereinrichtung 24 enechnet
aus diesem Temperaturwert und der übermittelten geodätischen
Höhe bzw.
dem Basisdichtewert die am Fahrzeug 10 in der Außenluft
tatsächlich
vorhenschende Luftdichte. Diese enechnete Luftdichte wird nachfolgend
durch die Steuereinrichtung 24 bei der Steuerung der Brennstoffzuführeinrichtung 16 und
der Brennluftzuführeinrchtung 18 berücksichtigt
und so eine konstant schadstoffarme Verbrennung gewährleistet.
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- 10
- Fahrzeug
- 12
- Zusatzheizgerät
- 14
- Brenneinrichtung
- 16
- Brennstoffzuführeinrichtung
- 18
- Brennluftzuführeinrichtung
- 20
- Leitung
- 22
- Leitung
- 24
- Steuereinrichtung
- 10
- Fahrzeug
- 12
- Zusatzheizgerät
- 26
- Leitung
- 28
- Datenbus
- 30
- Leitung
- 32
- Navigationssystem
- 34
- Leitung
- 36
- Außentemperatursensor
- 38
- Leitung
- 40
- Ortungssystem
- 42
- Leitung
- 44
- Antenne