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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeug-Heizgerätes mit
einem Brenner, einer Brennstoffzuführung, einer Brennluftzuführung, einer
Zündeinrichtung
und einer Steuereinrichtung, mit den Schritten: Steuern des Fahrzeug-Heizgerätes während mindestens
einer Brennphase des Brenners, in der dem Brenner Brennstoff und
Brennluft zugeführt
werden, und Steuern des Fahrzeug-Heizgerätes während mindestens
einer Stillstandszeit des Brenners, in der dem Brenner zumindest
kein Brennstoff zugeführt
wird. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines Fahrzeug-Heizgerätes mit
einem Brenner, einer Brennstoffzuführung zum wahlweisen Zuführen von
Brennstoff zum Brenner, einer Brennluftzuführung zum wahlweisen Zuführen von
Brennluft zum Brenner, einer Zündeinrichtung
zum Zünden
einer im Brenner brennenden Flamme und einer Steuereinrichtung zum
Steuern des Betriebs der Brennstoffzuführung, der Brennluftzuführung und
der Zündeinrichtung,
die zum Ausführen
eines solchen Verfahrens angepasst ist.
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Bei
Fahrzeug-Heizgeräten
der oben genannten Art verbleibt nach dem Ausschalten des Heizgerätes in einer
Brennstoffleitung der Brennstoffzuführung zwischen einer den Brennstoff
fördernden
Pumpe und dem Brenner eine Restmenge an Brennstoff. Dieser in der
Brennstoffleitung verbleibende Brennstoff erwärmt sich, wenn die Umgebung
der Brennstoffleitung warm oder gar heiß wird bzw. ist. Eine heiße bzw.
warme Umgebung kann sich aufgrund der am Heizgerät herrschenden hohen Brenntemperaturen
oder auch allgemein aufgrund der Abwärme eines Antriebsaggregats
im Motorraum eines Kraftfahrzeugs oft ergeben.
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Weil
ein Zurückweichen
von Brennstoff durch die Pumpe hindurch z. B. durch ein in der Pumpe
angeordnetes Rückschlagventil
ausgeschlossen ist oder nur sehr langsam, wird der sich ausdehnende Brennstoff
teilweise in den Brenner des Fahrzeug-Heizgerätes hineingedrängt und
tritt dort beispielsweise an einer Zerstäuberdüse oder anderen Brennerbauteilen
aus.
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Das
Austreten von Brennstoff an der Zerstäuberdüse hinein in den Brenner nach
dem Abstellen des Heizgerätes
führt zu
Problemen, denn erstens muss verhindert werden, dass es bei einem
späteren
Zündvorgang
zu einer gefährlichen
Explosion kommt, und zweitens entsteht beim späteren Einschalten des Heizgerätes in unerwünscht hohem Maße Qualm
und Rauch.
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Um
diese Problem zu vermeiden, ist es auf der
DE 195 45 677 A1 bekannt,
in der Brennstoffleitung ein Sperrventil anzuordnen, welches ein
Leerdampfen der Brennstoffleitung verhindern soll. Ein solches Sperrventil
erhöht
jedoch die Herstellungskosten des Heizgerätes und muss darüber hinaus auch
hohen Drücken
standhalten, denn der Dampfdruck von in der Brennstoffleitung verdampfendem Brennstoff
kann erheblich sein.
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Aus
DE 196 05 324 C1 ist
ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugzusatzheizgerätes bekannt,
bei dem bei einem Start des Fahrzeugzusatzheizgerätes eine
an erfasste Parameter angepasste Startprozedur zum Betreiben eines
Brennluftgebläses,
einer Brennstoff-Fördereinrichtung
und einer Glüheinrichtung
ausgewählt
und ausgeführt
wird. Für die
Startprozedur soll nach einem vergeblichen Erststart-Versuch oder
nach einem Flammabbruch eine Spülung
des Brennraumes durch einen Betrieb eines Brennluft-Gebläses in einer
hohen Leitungsstufe erfolgen. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem im Brenner
ein saugfähiger
Verdampferkörper
vorgesehen ist, sollen durch einen gleichzeitigen Betrieb einer
Glüheinrichtung
mit einer hohen Ansteuerspannung die im saugfähigen Körper noch vorhandenen Brennstoffreste
ausgetrieben werden.
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Zugrundeliegende Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben
eines Fahrzeug-Heizgerätes
bereitzustellen, mit dem die oben genannten Probleme überwunden
sind und bei dem auch ohne ein Absperrventil in der Brennstoffzuführung eine
zu starke Qualmentwicklung während
der Startphasen des Fahrzeug-Heizgerätes sicher
verhindert ist.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem
Verfahren gemäß Anspruch
1 gelöst.
Ferner ist die Aufgabe mit einer Verwendung eines Fahrzeug-Heizgeräts gemäß Anspruch
11 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Erfindungsgemäß wird während einer
Stillstandszeit bzw. Brennpause des Brenners eines Fahrzeug-Heizgerätes die
zur Verfügung
stehende Zeit genutzt, um den Brenner ”freizubrennen” und jenen
Brennstoff aus einer Brennkammer des Brenners zu entfernen, der
sich dort aufgrund der oben genannten Umstände angesammelt hat und ansammelt.
Der Brennstoff wird erfindungsgemäß durch ein gezieltes Ansteuern
zumindest der Zündeinrichtung des
Heizgerätes
innerhalb einer begrenzten Zeitspanne abgedampft und gegebenenfalls
auch abgebrannt.
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Als
Zeiträume
für das
erfindungsgemäße Abdampfen
und/oder Abbrennen von überschüssigem Brennstoff
aus der Brennkammer kann vorteilhaft sowohl eine Regelpause im Heizbetrieb
des Fahrzeug-Heizgerätes,
ein längerer
Stillstand während des
Sommers, als auch eine Zeitspanne vor oder nach einem Brennbetrieb
genutzt werden. Insbesondere können
bzw. sollen jene Zeiträume
genutzt werden, in denen ein Ausbrennvorgang im Brenner, d. h. das
Herabfahren der Brennstoffzufuhr und der Brennluftzufuhr beendet
sind.
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Durch
das erfindungsgemäße absichtliche Abbrennen
von in der Brennkammer deponiertem Brennstoff können Starts mit einer auffälligen und störenden Qualmentwicklung
vermieden werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann durch Implementierung
einer zusätzlichen
Routine in der Software einer Steuereinrichtung des Fahrzeug-Zusatzheizgerätes zum
Abdampfen, Ausdampfen, Abbrennen bzw. Ausbrennen des unerwünschten
Brennstoffs aus der Brennkammer des Brenners in ein Heizgerät integriert
werden. Auf diese Weise ist erfindungsgemäß der entstehende Startqualm
ohne Einbau von weiteren Bauteilen und insbesondere ohne Einbau eines
Magnetventils in der Brennstoffzuleitung vermindert.
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Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zumindest die
Zündeinrichtung
während der
mindestens einen Brennpause des Brenners zum mehrfachen Abdampfen
und/oder Abbrennen von Brennstoff, der sich während der mindestens einen Brennpause
im Brenner angesammelt hat, wiederholt betrieben. Es wird also in
diesem Fall nicht einmalig Brennstoff abgedampft, sondern es wird
mehrmals ein Abdampfvorgang eingeleitet und durchgeführt. Mit
den Abdampfvorgängen
wird dann insgesamt auch eine verhältnismäßig große Brennstoffmenge aus der
Brennkammer ausgetragen. Durch das wiederholte Abdampfen ist ferner
die jeweils abgedampfte Brennstoffmenge vergleichsweise gering, so
dass es nicht zur Bildung von explosiven Gemischen während des
Abdampfens kommen kann. Schließlich
wird mit dem wiederholten Abdampfen auch erreicht, dass auch ein
erst im Laufe der Brennpause in den Brenner eintretender Brennstoff
noch vor einem erneuten Start des Brenners bereits wieder aus der
Brennkammer herausgefördert
worden ist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann vorteilhaft zeitabhängig
durchgeführt
werden, indem die vergangene Zeitspanne seit der letzten Brennphase des
Brenners und/oder seit dem letzten Abdampfen von Brennstoff ermittelt
und dann das Abdampfen von Brennstoff, der sich während der
mindestens einen Brennpause im Brenner angesammelt hat, in Abhängigkeit
der ermittelten Zeitspanne gestartet wird. Auch das Stoppen des
Abdampfens bzw. Abbrennens kann vorteilhaft zeitabhängig gesteuert
werden. Eine zeitabhängige
Steuerung kann mit wenigen Schaltungselementen und vergleichsweise
einfachen Steuerroutinen in der Steuereinrichtung eines Fahrzeug-Heizgerätes implementiert
werden.
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Darüber hinaus
ist es vorteilhaft, wenn bei dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren ferner eine
Temperaturänderung,
insbesondere eine Temperaturerhöhung,
zumindest eines Bauteils des Fahrzeug-Heizgerätes, insbesondere der Brennstoffzuführung und/oder
des Brenners, während
der mindestens einen Brennpause berücksichtigt wird. Das erfindungsgemäße Abdampfen
und/oder Abbrennen kann dann in Abhängigkeit der ermittelten Temperatureränderung
erfolgen. Auf diese Weise kann z. B. berücksichtigt werden, dass während der
Heizpause in den Sommermonaten, bedingt durch die wärmere Umgebung
des Heizgerätes
und durch Sonneneinstrahlung, Brennstoff aus der Brennstoffzuführung des
Heizgerätes
verdampft. Dieser verdampfende Brennstoff kann erfindungsgemäß bedarfsgerecht aus
der Brennkammer abgeführt
werden, ohne dass dafür
besondere, kostenintensive oder risikobehaftete Techniken erforderlich
wären.
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Damit
bei dem erfindungsgemäßen Abführen von
unerwünschtem
Brennstoff aus der Brennkammer eines Brenners auf vergleichsweise
einfach und kostengünstig
Temperatureinflüsse
berücksichtigt
werden können,
kann ferner vorteilhaft die absolute Temperatur zumindest eines
Bauteils des Fahrzeug-Heizgerätes,
insbesondere der Brennstoffzuführung
und/oder des Brenners, ermittelt und berücksichtigt werden. Ferner kann
durch eine temperaturabhängige
Steuerung eine Erwärmung
aufgrund des Betriebs eines Antriebsaggregats des Fahrzeugs berücksichtigt
werden. Als Medium für
die Temperaturermittlung ist daher auch vorteilhaft das Kühlwasser
eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs geeignet.
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Als
weitere Kenngrößen für ein wiederholtes und
unter Umständen
auch regelmäßig wiederkehrendes
Abdampfen und/oder Abbrennen von angesammeltem Brennstoff kann ferner
vorteilhaft die Anzahl der Abdampf- und/oder Abbrennvorgänge seit der
letzten Brennphase des Brenners bzw. die Anzahl der Starts eines Antriebsaggregats
des Fahrzeugs ermittelt und dann das Starten bzw. Stoppen des Abdampfens
und/oder Abbrennens von Brennstoff entsprechend gesteuert werden.
So kann die Gesamtzahl von Abdampf- und/oder Abbrennvorgängen während einer
einzelnen Brennpause auf zwei bis vier Vorgänge, besonders vorteilhaft
auf drei Vorgänge
begrenzt werden. Ferner kann ein Abdampf- und/oder Abbrennvorgang
spätestens
nach 100 bis 1000 Starts eines Antriebsaggregats, besonders vorteilhaft
nach zirka 200 Starts eingeleitet werden.
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Hinsichtlich
der gewünschten
Vermeidung von störendem
Qualm beim Starten eines Fahrzeug-Heizgerätes ist es ferner vorteilhaft,
wenn vor einem Abdampfen und/oder Abbrennen von angesammeltem Brennstoff
zunächst
geprüft
wird, ob ein Antriebsaggregat des Fahrzeugs betrieben wird. Wenn
das Antriebsaggregat gerade nicht betrieben wird, so sollte der
Abdampf- und/oder Abbrennvorgang gegebenenfalls verschoben werden,
bis das Antriebsaggregat arbeitet und von diesem ebenfalls Geräusche und
Brenngase in die Umgebung des Fahrzeugs abgegeben werden.
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Schließlich kann
das erfindungsgemäße Abdampfen
und/oder Abbrennen vorteilhaft auch in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit
des zugehörigen Fahrzeugs
gestartet und auch wieder beendet werden. So kann beispielsweise
der erfindungsgemäße Vorgang
erst begonnen werden, wenn das Fahrzeug mit einer Min destgeschwindigkeit
von zirka 20 bis 30 km/h, insbesondere von zirka 25 km/h betrieben
wird. Wichtig ist dabei, dass das Abdampfen und/oder Abbrennen bereits
im Geschwindigkeitsbereich bis zirka 50 km/h stattfinden sollte,
so dass auch bei Fahrzeugen, die ausschließlich in einer Stadt verkehren,
wie beabsichtigt angesammelter Brennstoff aus dem Brenner entfernt
wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Betreiben eines Fahrzeug-Heizgerätes anhand der beigefügten schematischen
Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 ein
Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum
Betreiben eines Fahrzeug-Heizgerätes.
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Detaillierte Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Betreiben eines Heizgerätes
veranschaulicht, welches in einem Fahrzeug in Gestalt eines Personenkraftwagens
verbaut ist und dort als Zuheizer und/oder als Standheizung betrieben
wird.
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Im
Heizbetrieb des Heizgerätes
wird mit Hilfe einer Steuereinrichtung die Zufuhr von Brennstoff und
von Brennluft zu einem Brenner des Heizgerätes gesteuert.
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Während Stillstandszeiten
bzw. Heizpausen des Brenners wird hingegen insbesondere die Zufuhr von
Brennstoff zum Brenner unterbunden. In einer zum Brenner führenden
Brennstoffleitung verbleibt jedoch am Ende des Heizbetriebes eine
gewisse Restmenge an Brennstoff, die nachfolgend während der
Heizpause/n in den Brenner auslaufen und verdampfen kann.
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Sinn
und Zweck des dargestellten Verfahrens und der darin durchlaufenen
Routine ist es, dass der sich im Brenner während der Stillstandzeiten
ansammelnde Brennstoff gezielt aus dem Brenner ausgeführt wird,
damit der Brennstoff nicht erst bei einem erneuten Start des Heizgerätes verbrannt
wird und es dabei zu einer unerwünschten
Qualmentwicklung kommt. Das Abführen
des Brennstoffs geschieht durch gezielt gesteuerte Abdampf- und/oder
Abbrennvorgänge,
die während
Brennpausen des Brenners des Heizgerätes angesteuert werden.
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Damit
die genannte Routine für
einen solchen Abdampf- und/oder Abbrennvorgang begonnen wird, muss
mindestens eines von drei Eingangssignalen ”Nach Brennbetrieb” 10 bzw. ”Regelpause” 20 oder ”Sommer” 25 vorliegen. ”Nach Brennbetrieb” bedeutet,
dass der Brenner des Heizgerätes
eine Heizphase durch laufen hat und auch der Ausbrennvorgang im Brenner,
bei dem die Brennstoff- und
die Brennluftzufuhr abgeregelt werden, erfolgt ist. Das Signal ”Regelpause” gibt an,
dass der Brenner während
des Heizbetriebes sich in einem Zustand befindet, während dem
kein Brennstoff zum Brenner zugeführt wird. Dieser Zustand stellt
sich z. B. bei einem intermittierenden Betrieb des Brenners ein.
Bei dem Eingangssignal ”Sommer” ist geprüft worden,
ob seit dem letzten Ausbrennen die Außentemperatur über einen
bestimmten Temperaturdifferenzwert hinaus angestiegen ist und ob
zwischenzeitlich eine bestimmte Anzahl Motorstarts am Personenkraftwagen durchgeführt worden
ist.
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Wenn
also eine der oben genannten Bedingungen anzeigt, dass sich das
Heizgerät
in einer Brennpause befindet, so gelangt die Steuereinrichtung des
Heizgerätes
zum ”Start
der Routine” 30. Nachfolgend
wird im Block 40 geprüft,
ob eine vergangene Zeitspanne T seit der letzten Brennphase des
Brenners bzw. seit einem letzten Abdampf- und/oder Abbrennvorgang
im Brenner größer als eine
vorgegebene Zeitspanne Tmin ist.
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Ist
mehr Zeit als Tmin vergangen, so gelangt die
Routine zum Prüfblock 50,
in dem die Anzahl der bisherigen Abdampf- und/oder Abbrennvorgänge überprüft wird,
indem ein Zähler
Z mit einem vorgegebenen Wert Zmax verglichen
wird.
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Wenn
der Zähler
Z kleiner als Zmax ist, wenn also noch nicht
die beabsichtigte Anzahl an Abdampf- und/oder Abbrennvorgängen durchgeführt worden
ist, so folgt, eine weitere Abfrage, nämlich die der Fahrgeschwindigkeit
des Fahrzeugs ”Geschw. > Vmin” in einem
Block 60. Der Sinn dieser Abfrage liegt darin, dass ein
Abdampf- und Abbrennvorgang nur initiiert wird, wenn das Fahrzeug
bewegt wird, wenn also dessen Antriebsaggregat läuft und ein aus dem Brenner
abgedampfter bzw. abgebrannter Brennstoff durch den Fahrtwind des
Fahrzeugs verteilt wird.
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An
dieser Stelle des Ablaufs kann ferner vorteilhaft mittels einer
internen Sensorik geprüft
werden, ob die Wassertemperatur des Verbrennungsmotors größer als
ein bestimmter Minimalwert ist.
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Das
genannte Abdampfen bzw. Abbrennen von im Brenner angesammeltem Brennstoff
erfolgt nachfolgend im Block 70, wenn das Fahrzeug eine vorgegebene
Minimalgeschwindigkeit Vmin überschreitet.
Dabei wird eine Zündeinrichtung
des Brenners, beispielsweise ein Glühstift an einem Zerstäuberbrenner,
mit Hilfe der Steuereinrichtung bestromt und auf diese Weise erhitzt.
Die Zündeinrichtung
erwärmt
den umgebenden Brenner und den darin befindlichen angesammelten
Brennstoff und trägt
auf diese Weise zu dessen vollständiger
Verdampfung und Verbrennung bei. Indem während des Heizens der Zündeinrichtung
zugleich die Brennluftzuführung des
Heizgerätes
von der Steuereinrichtung angesteuert wird, wird mit Hilfe eines
Brennluftgebläses der
verdampfte und verbrannte Brennstoff aus dem Brenner ausgetragen.
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Dieses
Verfahren eignet sich besonders für Zerstäuberbrenner, weil an diesen
keine den Brennstoff speichernden Bauteile, wie z. B. Fliese oder
Metallgestricke vorhanden sind. Das Verfahren funktioniert aber
auch bei Fliesbrennern.
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Der
Abdampf- und/oder Abbrennvorgang dauert so lange an, wie im Prüfblock 80 die
Bedingung ”Brennzeit > tmax” nicht
erfüllt
ist (wobei tmax eine maximale Ausdampf-
bzw. Ausbrenndauer eines einzelnen Ausdampf- und/oder Ausbrennvorgangs
ist) und auch solange, wie der nachfolgende Prüfblock 90 anzeigt,
dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht unter Vmin gesunken
ist.
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Sollte
die Geschwindigkeit des Fahrzeugs während des Ausdampf- und/oder
Ausbrennvorgangs unter die vorgegebene Minimalgeschwindigkeit sinken,
so wird das Abdampfen und/oder Abbrennen beendet, ohne dass der
eingeleitete Ausdampf- und/oder
Ausbrennvorgang gezählt
wird, und die Routine geht weiter zum Startblock 30.
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Wenn
das Abdampfen bzw. Ausbrennen jedoch über die gewünschte Zeit hinweg erfolgt
ist und damit auch die Bedingung 80 ”Brennzeit > tmax” erfüllt ist,
so wird der Zähler
Z, der die Anzahl der während einer
Brennpause bereits erfolgten Ab dampf- und/oder Abbrennvorgänge angibt,
um Eins erhöht und
der die Zeitspanne T ermittelnde Timer wird auf Null gesetzt (siehe
Block 100).
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Nachfolgend
wird in einem Prüfblock 110 geprüft, ob inzwischen
eine Heizanforderung an der Steuereinrichtung eingegangen ist, ob
also das Heizgerät
möglichst
umgehend in einen Heizbetrieb übergeführt werden
sollte. Zu beachten ist, dass diese Prüfung erst nach der vollständigen Beendigung (Brennzeit > tmax)
eines Abdampf- und/oder Abbrennvorgangs erfolgt. Auf diese Weise
wird sichergestellt, dass das Heizgerät zumindest einen Abdampf- und/oder
Abbrennvorgang vollständig
durchlaufen hat, bevor es neu in einen Heizbetrieb übergeführt wird.
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Sollte
eine Heizanforderung vorliegen, so wird die Routine im Block 120 beendet.
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Wenn
keine Heizanforderung eingegangen ist, so geht die Routine zu ihrem
Startblock 30 weiter, von wo aus wieder die Zeitspanne
T, der Zähler
Z und die Geschwindigkeit V geprüft
werden.
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Da
die Zeitspanne T im Block 100 auf Null gesetzt worden ist,
wird in der Schleife der Blöcke 30 und 40 in
einem solchen Fall zunächst
gewartet, bis wieder eine Zeitspanne Tmin vollständig abgelaufen ist.
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Danach
wird im Block 50 geprüft,
ob schon Zmax Abdampf- und/oder Abbrennvorgänge durchlaufen
worden sind. Ist dies der Fall, so kann davon ausgegangen werden,
dass sämtlicher,
noch in der Brennstoffleitung und im Brenner verbliebene Brennstoff
abgedampft und/oder verbrannt worden ist. Die Routine kann daher
in einem Block 130 beendet werden, wobei zunächst der
Zähler
Z und auch die Zeitspanne T wieder auf Null gesetzt werden.
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Wenn
die gewünschte
Anzahl Z an Abdampf- und/oder Abbrennvorgängen noch nicht durchlaufen worden
ist, werden die weiteren, oben beschriebenen Blöcke 60 bis 110 angesteuert.