DE102004038011B3 - Incandescence device for auxiliary heating device of vehicle, has control unit with input voltage signal having specific clock frequency and providing current with saw tooth function for incandescence unit - Google Patents

Incandescence device for auxiliary heating device of vehicle, has control unit with input voltage signal having specific clock frequency and providing current with saw tooth function for incandescence unit Download PDF

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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/06—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs structurally associated with fluid-fuel burners
    • F23Q7/08—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs structurally associated with fluid-fuel burners for evaporating and igniting liquid fuel, e.g. in hurricane lanterns

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Abstract

The device has a control unit with an input voltage signal that is a clocked pulse-width modulated square wave signal. The control unit provides current (IG) for an incandescence unit, where the current has saw tooth function. The control unit has an inductive unit connected in series with the incandescence unit. The voltage signal has a clock frequency between 5 kilohertz and 20 kilohertz.

Description

Die Erfindung betrifft eine Glüheinrichtung für ein Fahrzeugzusatzheizgerät.The The invention relates to a glow device for a Vehicle auxiliary heater.

Bei bekannten Zusatzheizgeräten für Fahrzeuge wird das Glühelement häufig direkt mit einem getakteten, rechteckförmigen und pulsweitenmodulierten Eingangsspannungssignal mit elektrischer Energie versorgt. Die Regelung der Temperatur des Glühelements erfolgt hierbei durch die Veränderung verschiedener Parameter des getakteten Rechtecksignals. Der mit dem Verlauf des Eingangsspannungssignals verbundene Verlauf des Glühelementstroms weist bei einer direkten Beaufschlagung der Glüheinrichtung mit Rechtecksignalen sehr hohe Spitzen und sehr steile Flanken auf, die sich negativ auf die Lebensdauer der Glüheinrichtung auswirken können.at known auxiliary heaters for vehicles becomes the glow element often directly with a clocked, rectangular and pulse width modulated Input voltage signal supplied with electrical energy. The regulation the temperature of the glow element takes place here by changing various Parameters of the clocked square wave signal. The with the course of Input voltage signal associated history of the Glühelementstroms indicates at a direct loading of the glow device with square wave signals very high peaks and very steep flanks that affect negatively the life of the glowing device can affect.

Aus der Druckschrift EP 0 437 700 B1 ist beispielsweise eine Einrichtung zur Energieversorgung einer Heizscheibe aus dem Fahrzeugbordnetz bekannt, wobei die Energieversorgung aus dem Bordnetz derart erfolgt, dass an der Heizscheibe eine Wechselspannung bestimmter Frequenz anliegt, wobei die Auswahl dieser Frequenz so erfolgen kann, dass einerseits Polarisationseffekte in der Scheibe vermieden werden, und dass zur Einhaltung der bestehenden Störschutzbestimmungen der Oberwellenanteil dieser Spannung möglichst gering ist. Es wird jedoch als Nachteil empfunden, dass keine deutliche Strombegrenzung stattfindet und die Stromflanken relativ steil sind.From the publication EP 0 437 700 B1 For example, a device for supplying power to a heating disk from the vehicle electrical system is known, wherein the power supply from the electrical system is such that an alternating voltage of certain frequency is applied to the heating disk, wherein the selection of this frequency can be such that on the one hand polarization effects are avoided in the disc, and that the harmonic content of this voltage is minimized in order to comply with existing interference regulations. However, it is perceived as a disadvantage that no significant current limiting takes place and the current edges are relatively steep.

Die Aufgabe der Erfindung ist es somit, diese Nachteile zu vermeiden.The The object of the invention is therefore to avoid these disadvantages.

Gelöst wird dies dadurch, dass die Glüheinrichtung für ein Fafahrzeugzusatzheizgerät die Merkmale des Anspruchs 1 hat. Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Is solved this is due to the fact that the glow device for a Fafahrzeugzusatzheizgerät has the features of claim 1. Further embodiments of the invention are the dependent claims refer to.

Die Grundidee der Erfindung beruht darauf, dass bei einer derartigen Glüheinrichtung durch den Einsatz des induktiven Elements und die Benutzung einer geeigneten Taktfrequenz des Eingangsspannungssignals der durch die Glüheinrichtung fließende Glühelementstrom einer Sägezahnfunktion folgt und dieser Strom deutlich begrenzt wird. Durch die damit verbundenen abgeflachten Stromflanken und den kontinuierlicheren Stromfluss durch das Glühelement steigt die Lebensdauer des Glühelements stark an. Außerdem können nun Glühelemente verschiedener Nennspannung (z.B: 12V, 24V) eingesetzt werden.The The basic idea of the invention is based on the fact that in such a glow device through the use of the inductive element and the use of a suitable clock frequency of the input voltage signal by the glow device flowing Glühelementstrom a sawtooth function follows and this stream is significantly limited. By the associated flattened current edges and the more continuous current flow through the glow element increases the life of the glow element strong. Furthermore can now glow elements different nominal voltage (for example: 12V, 24V) are used.

Besonders vorteilhaft ist eine Taktfrequenz zwischen etwa 5 kHz und etwa 20 kHz. Je höher die gewählte Taktfrequenz ist, umso mehr wird der Stromanstieg begrenzt und umso geringer ist die Amplitude und die Restwelligkeit des Stroms, was wiederum zu einer Vergrößerung der Lebensdauer des Glühelements führt.Especially advantageous is a clock frequency between about 5 kHz and about 20 kHz. The higher the chosen one Clock frequency is, the more the current increase is limited and all the more lower is the amplitude and the ripple of the current, which turn to an enlargement of the Lifetime of the glow element leads.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird. Die Zeichnung zeigt in:The Invention will be explained in more detail with reference to embodiments, wherein is referred to the drawing. The drawing shows in:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugzusatzheizgeräts nach dem Stand der Technik, 1 a schematic representation of a vehicle auxiliary heater according to the prior art,

2 den zeitlichen Verlauf des Eingangsspannungssignals Uin einer Glüheinrichtung, 2 the time profile of the input voltage signal U in a glow device,

3 einen Ausschnitt aus dem Schaltbild einer erfindungsgemäßen Glüheinrichtung, 3 a detail of the circuit diagram of a glow device according to the invention,

4 den zeitlichen Verlauf des Glühelementstroms IG im eingeschwungenen Zustand nach dem Stand der Technik und 4 the time course of the Glühelementstroms I G in the steady state state of the art and

5a–5c den zeitlichen Verlauf des Glühelementstroms IG gemäß der Erfindung im eingeschwungenen Zustand unter verschiedenen Betriebsbedingungen. 5a - 5c the time course of the Glühelementstroms I G according to the invention in the steady state under various operating conditions.

Die in 1 gezeigte schematische Darstellung eines Fahrzeugzusatzheizgeräts 10 hat eine Brennkammer 12, in die ein Glühelement 14, das beispielsweise als keramisches Glühelement ausgeführt ist, hineinragt. Die Brennkammer ist von einem Wärmetauscher 15, der von einem flüssigen oder gasförmigen Wärmeträger durchströmt wird, umgeben. Am Brennkammereintritt 16 befinden sich ein Brennstoffabgabeelement 18, das über eine Brennstoffleitung 20 mit einer Brennstofffördereinrichtung 22 verbunden ist, sowie eine Brennluftfördereinrichtung 24. Durch die Brennstofffördereinrichtung 22 wird Brennstoff, durch die Brennluftfördereinrichtung 24 Brennluft in die Brennkammer 12 eingebracht, wo Brennstoff und Brennluft zu einem brennbarem Gemisch aufbereitet werden, das mit dem Glühelement 14 gezündet und unter Bildung einer Flamme 26 in der Brennkammer 12 verbrannt wird. Die heißen Abgase strömen in Pfeilrichtung zu einem Abgasstutzen 28, wobei sie thermische Energie an den Wärmeträger im Wärmetauscher 15 übertragen.In the 1 shown schematic representation of a vehicle auxiliary heater 10 has a combustion chamber 12 into which a glow element 14 , which is designed for example as a ceramic glow element, protrudes. The combustion chamber is from a heat exchanger 15 , which is flowed through by a liquid or gaseous heat transfer medium, surrounded. At the combustion chamber entry 16 There is a fuel delivery element 18 that via a fuel line 20 with a fuel conveyor 22 is connected, and a combustion air conveyor 24 , Through the fuel conveyor 22 becomes fuel, through the combustion air conveyor 24 Combustion air in the combustion chamber 12 introduced where fuel and combustion air are processed into a combustible mixture with the glow element 14 ignited and forming a flame 26 in the combustion chamber 12 is burned. The hot exhaust gases flow in the direction of the arrow to an exhaust nozzle 28 , where they transfer thermal energy to the heat transfer medium in the heat exchanger 15 transfer.

Das Fahrzeugzusatzheizgerät ist weiter mit einem Steuergerät 30 ausgestattet, durch welche das Glühelement 14 angesteuert und geregelt wird. Die Kombination von Steuergerät 30 und Glühelement 14 bildet eine Glüheinrichtung 32. An das Steuergerät 30 wird ein Eingangsspannungssignal Uin angelegt, dessen zeitlicher Verlauf in 2 beispielhaft gezeigt ist. Das Eingangsspannungssignal Uin ist ein pulsweitenmoduliertes Rechtecksignal mit einer Frequenz entsprechend einer Periode T. Die Periode T ist im Regelfall fest, kann aber für bestimmte Betriebsbedingungen variiert werden. Die Effektivspannung des Eingangsspannungssignals Uin wird durch das Verhältnis der Einschaltzeit te zur Ausschaltzeit ta bestimmt. In 4 ist der zeitliche Verlauf eines durch das Glühelement 14 fließenden Glüh elementstroms IG bei Glüheinrichtungen nach dem Stand der Technik gezeigt. Die gewählte Frequenz des Eingangsspannungssignals Uin beträgt hier etwa 10 Hz. Der Glühelementstrom IG folgt im Stand der Technik dem Eingangsspannungssignal Uin. Die zu Beginn jeder Periode T auftretenden Glühelementstromspitzen IG,max und die steilen Stromflanken sind deutlich erkennbar. Diese führen zu einer deutlichen Verkürzung der Lebensdauer des Glühelements.The vehicle auxiliary heater is further equipped with a control unit 30 equipped by which the glow element 14 is controlled and regulated. The combination of control unit 30 and glow element 14 forms a glowing device 32 , To the control unit 30 an input voltage signal U in is applied, the time course in 2 is shown by way of example. The input voltage signal U in is a pulse width modulated square wave signal having a frequency corresponding to a period T. The period T is normally fixed, but may be varied for certain operating conditions. The rms voltage of the input voltage signal U in is determined by the ratio of the switch-on time t e to the switch-off time t a . In 4 is the time course of a through the glow element 14 flowing glow element current I G shown at Glüheinrichtungen the prior art. The selected frequency of the input voltage signal U in here is about 10 Hz. The Glühelementstrom I G follows in the prior art, the input voltage signal U in . The occurring at the beginning of each period T Glühelementstromspitzen I G, max and the steep current edges are clearly visible. These lead to a significant reduction in the life of the glow element.

In 3 ist ein Ausschnitt des grundsätzlichen Schaltungsaufbaus der Glüheinrichtung 32 gezeigt, wobei nur die zur Beschreibung der Erfindung notwendigen Bauteile gezeigt sind. Dem Glühelement 14 ist ein induktives Element 34 in Serie geschaltet. Wird nun ein Eingangsspannungssignal Uin mit einer gegenüber dem Stand der Technik deutlich erhöhten Frequenz eingesetzt und der elektrische Widerstand des Glühelements 14 und die Induktivität des induktiven Elements 34 geeignet dimensioniert, so können die im Stand der Technik auftretenden Stromspitzen IG,max sowie die steilen Stromflanken vermieden werden. Hierfür haben sich beispielsweise bei einem Widerstand des Glühelements 14 von 1 Ohm und einer Induktivität des induktiven Elements 34 von 68 μH Frequenzen des Eingangsspannungssignals Uin von 5 kHz bis 20 kHz als besonders geeignet gezeigt. In den 5a bis 5c ist der zeitliche Verlauf des Glühelementstroms IG bei unterschiedlichen Frequenzen des Eingangsspannungssignals Uin gezeigt. 5a zeigt den Verlauf des Glühelementstroms IG bei einer Frequenz des Eingangsspannungssignals Uin von 3 kHz, 5b bei einer Frequenz des Eingangsspannungssignals Uin von 6 kHz, 5c bei einer Frequenz des Eingangsspannungssignals Uin von 10 kHz. Der Glühelementstrom IG ist ein Gleichstrom mit sägezahnförmigem Oberwellenanteil. Es ist deutlich zu erkennen, dass das Verhältnis der Glühelementstromspitze IG,max zum minimalen Glühelementstrom IG,min bei steigender Frequenz des Eingangsspannungssignals Uin immer kleiner wird und der Glühelementstrom IG einen zunehmend glatteren Verlauf erhält. Dementsprechend nimmt die Belastung des Glühelements 14 mit steigender Frequenz des Eingangsspannungssignals Uin immer mehr ab.In 3 is a section of the basic circuit structure of the glow device 32 shown, with only the components necessary to describe the invention are shown. The glow element 14 is an inductive element 34 connected in series. If an input voltage signal U in is now used with a frequency that is significantly increased compared to the prior art, and the electrical resistance of the heating element is used 14 and the inductance of the inductive element 34 dimensioned suitable, the current peaks occurring in the prior art I G, max and the steep current edges can be avoided. For this purpose, for example, at a resistance of the heating element 14 of 1 ohm and an inductance of the inductive element 34 from 68 μH frequencies of the input voltage signal U in from 5 kHz to 20 kHz shown to be particularly suitable. In the 5a to 5c the timing of the Glühelementstroms I G at different frequencies of the input voltage signal U in is shown. 5a shows the course of the Glühelementstroms I G at a frequency of the input voltage signal U in of 3 kHz, 5b at a frequency of the input voltage signal U in of 6 kHz, 5c at a frequency of the input voltage signal U in of 10 kHz. The Glühelementstrom I G is a DC with sawtooth harmonic content. It can be clearly seen that the ratio of the Glühelementstromspitze I G, max to the minimum Glühelementstrom I G, min min with increasing frequency of the input voltage signal U in and the Glühelementstrom I G gets an increasingly smoother course. Accordingly, the load on the glow element decreases 14 with increasing frequency of the input voltage signal U in more and more.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass nur noch ein Typ Glühelement 14 mit einer einzigen Nennspannung erforderlich ist, der dann zusammen mit Steuergeräten 30 in Netzen unterschiedlicher Betriebsspannung verwendet werden kann. Diese Reduktion auf einen Glühelementtyp hat zum einen Kostenvorteile zur Folge, zum anderen wird verhindert, dass überhaupt Glühelemente mit falscher Nennspannung eingebaut werden können.Another advantage of the invention is that only one type of glow element 14 required with a single rated voltage, which then together with control units 30 can be used in networks of different operating voltage. On the one hand, this reduction to a type of glow element results in cost advantages, on the other hand, it is prevented that glow elements with the wrong nominal voltage can be installed at all.

1010
FahrzeugzusatzheizgerätVehicle auxiliary heater
1212
Brennkammercombustion chamber
1414
Glühelementglow element
1515
Wärmetauscherheat exchangers
1616
Brennkammereintrittcombustion chamber inlet
1818
BrennstoffabgabeelementFuel delivery member
2020
Brennstoffleitungfuel line
2222
BrennstofffördereinrichtungFuel feeding
2424
BrennluftfördereinrichtungCombustion air conveyor
2626
Flammeflame
2828
Abgasstutzenflue outlet
3030
Steuergerätcontrol unit
3232
Glüheinrichtungglow device
3434
induktives Elementinductive element
Uin U in
EingangsspannungssignalInput voltage signal
IG I G
GlühelementstromGlühelementstrom
TT
Periodeperiod

Claims (3)

Glüheinrichtung (32) für ein Fahrzeugzusatzheizgerät (10), mit einem Steuergerät (30) und einem Glühelement (14), wobei in dem Steuergerät (30) ein Eingangsspannungssignal Uin vorliegt, das ein getaktetes pulsweitenmoduliertes Rechtecksignal ist, und das Steuergerät (30) einen Glühelementstrom IG für das Glühelement (14) bereitstellt, wobei das Steuergerät (30) ein mit dem Glühelement (14) in Reihe geschaltetes induktives Element (34) aufweist, und das Eingangsspannungssignal Uin eine Taktfrequenz von mindestens 1 kHz hat, wodurch der Glühelementstrom IG eine Sägezahnfunktion aufweist.Glowing device ( 32 ) for a vehicle auxiliary heater ( 10 ), with a control unit ( 30 ) and a glow element ( 14 ), wherein in the control unit ( 30 ) is an input voltage signal U in , which is a clocked pulse width modulated square wave signal, and the control unit ( 30 ) a Glühelementstrom I G for the glow element ( 14 ), wherein the control unit ( 30 ) with the glow element ( 14 ) inductive element connected in series ( 34 ), and the input voltage signal U in a clock frequency of at least 1 kHz, whereby the Glühelementstrom I G has a sawtooth function. Glüheinrichtung (32) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktfrequenz des Eingangsspannungssignals Uin zwischen 5 kHz und 20 kHz ist.Glowing device ( 32 ) according to claim 1, characterized in that the clock frequency of the input voltage signal U in between 5 kHz and 20 kHz. Glüheinrichtung (32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glühelement (14) ein keramisches Glühelement ist.Glowing device ( 32 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the heating element ( 14 ) is a ceramic glow element.
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