DE102004060376B4 - Method for controlling a heater in a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Ansteuerung eines Heizgerätes (10) in einem Kraftfahrzeug, wobei das Heizgerät (10) eine Brennkammer (20) aufweist, die in thermischem Kontakt zu einem Wärmetauscher (26) steht, der im Normalbetrieb des Heizgerätes (10) von einem Wärmetauscherfluid aktiv durchströmt wird, wobei ein Startvorgang des Heizgerätes (10) bei reduzierter Durchströmung des Wärmetauschers (26) eingeleitet wird und eine Erhöhung der Durchströmung des Wärmetauschers (26) in Abhängigkeit von zumindest einer erfassten Temperatur erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennkammer (20) nach Zündung des Heizgerätes (10) und vor der Erhöhung der Durchströmung auf Normalbetriebs-Durchströmung eine gegenüber dem Normalbetrieb erhöhte Brennstoffmenge zugeführt wird.Method for controlling a heater (10) in a motor vehicle, wherein the heater (10) has a combustion chamber (20) which is in thermal contact with a heat exchanger (26) which actively flows through a heat exchange fluid during normal operation of the heater (10) is, wherein a starting operation of the heater (10) with reduced flow through the heat exchanger (26) is initiated and an increase in the flow through the heat exchanger (26) in response to at least one detected temperature, characterized in that the combustion chamber (20) after ignition the heater (10) and before the increase of the flow to normal operation flow is increased compared to the normal operation amount of fuel.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein verfahren zur Ansteuerung eines Heizgerätes in einem Kraftfahrzeug, wobei das Heizgerät eine Brennkammer aufweist, die in thermischem Kontakt zu einem Wärmetauscher steht, der im Normalbetrieb des Heizgerätes von einem Wärmetauscherfluid aktiv durchströmt wird, wobei ein Startvorgang des Heizgerätes bei reduzierter Durchströmung des Wärmetauschers eingeleitet wird und eine Erhöhung der Durchströmung des Wärmetauschers in Abhängigkeit von zumindest einer erfassten Temperatur erfolgt.The invention relates to a method for controlling a heater in a motor vehicle, wherein the heater has a combustion chamber, which is in thermal contact with a heat exchanger, which is actively flowed through by a heat exchange fluid during normal operation of the heater, wherein a starting operation of the heater at reduced Flow through the heat exchanger is initiated and there is an increase in the flow through the heat exchanger as a function of at least one detected temperature.
Ein aus dem Stand der Technik bekanntes Heizgerät ist beispielsweise in der
Weiterhin ist aus der
Die
Ein grundsätzliches Problem von Heizgeräten in Kraftfahrzeugen ist, dass diese erheblichen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, so dass bei jedem Start des Heizgerätes verschiedene Startbedingungen vorliegen können. Andererseits ist zur Optimierung des Startvorgangs eine sehr genaue Abstimmung der einzelnen, am Startvorgang beteiligten Bauteile des Heizgerätes und der Betriebsparameter erforderlich. Es ist daher beispielsweise üblich, den Startvorgang für eine relativ hohe Starttemperatur optimiert einzurichten und diese Starttemperatur durch Vorwärmen bestimmter Bereiche des Heizgerätes vor dem Start zu erreichen.A fundamental problem of heaters in motor vehicles is that they are exposed to significant temperature fluctuations, so that each start of the heater different starting conditions may be present. On the other hand, in order to optimize the starting process, a very precise coordination of the individual components of the heater involved in the starting process and of the operating parameters is required. It is therefore common, for example, to set up the starting process optimized for a relatively high starting temperature and to achieve this starting temperature by preheating certain areas of the heater before starting.
Gleichwohl ist eine Vorwärmung des gesamten Heizgerätes vor dem Start, insbesondere vor dem ersten Start, bei dem das gesamte Heizgerät sowie das Kühlwasser kalt sind, aus energetischen und technischen Gründen nicht möglich. Insbesondere sind während der Startphase Bauteile im hinteren Bereich der Brennkammer, des Wärmetauschers und im Bereich der Abgasabführung vergleichsweise kalt, so dass die Abgase unter ihren Taupunkt abgekühlt werden. Dies führt zur Kondensation innerhalb des Heizgerätes, insbesondere innerhalb des Wärmetauschers und der Abgasapplikation. Damit kommt es nicht zu einer unerwünschten Nebelbildung beim Austritt der Abgase. Es ist ein allgemeines Ziel, diese Startphase, d. h. die Zeit von der Ausgabe des Startbefehls bis zur Herstellung einer stabilen Normalbetriebs-Verbrennung so kurz wie möglich zu halten. Die vorgenannte
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiter zu entwickeln, das den insgesamt während der Startphase auftretenden Schadstoffausstoß verringert.It is the object of the present invention to develop such a generic method further, which reduces the total emissions occurring during the startup phase.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is solved by the features of claim 1. Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass der Brennkammer nach Zündung des Heizgerätes und vor der Erhöhung der Durchströmung auf Normalbetriebs-Durchströmung eine gegenüber dem Normalbetrieb erhöhte Brennstoffmenge zugeführt wird.The invention is based on the generic state of the art in that the combustion chamber after ignition of the heater and before increasing the flow to normal operation flow is increased compared to the normal operation amount of fuel.
Auf diese Weise kann der Startvorgang verkürzt werden. Bei der Erhöhung der Durchströmung kann es sich, ohne darauf beschränkt zu sein, insbesondere um eine sensorgesteuerte stetige Erhöhung handeln. Beim Start der Verbrennung, insbesondere beim ersten Kaltstart, erfolgt die Kondensation praktisch vollständig im kalten Wärmetauscher und der Abgasapplikation. Fortschreitend werden diese Bauteile (bzw. das Kühlwasser) warmer. Dadurch erfolgt die Kondensation nur noch teilweise im Heizgerät und es beginnt eine unerwünschte, sichtbare Kondensation hinter der Abgasapplikation (Nebel). Wird zu diesem Zeitpunkt die Durchströmung erhöht, um kaltes Wasser in den Wärmetauscher zu leiten, erfolgt die Kondensation wieder dort, und zwar solange, bis die Wassertemperatur nicht mehr zum Kondensieren im Wärmetauscher ausreicht. Sobald das Wasser warm ist, kann der Volumenstrom beispielsweise auf seinen Maximalwert erhöht werden. Zu diesem Zeitpunkt, oder kurz vorher, kann in vorteilhafter Weise auch eine maximale/optimale Brennstoff- und/oder Luftmenge zugeführt werden, um eine endgültige Erwärmung der Abgasapplikation und der näheren Umgebung (der Luft hinter dem Auspuff) herbeizuführen. Dort ergibt sich dann eine reduzierte Kondensation, d. h. der Nebel wird dünner beziehungsweise großflächiger verteilt.In this way, the starting process can be shortened. When increasing the flow, it may be, but not limited to, in particular, a sensor-controlled steady increase. At the start of combustion, especially at the first cold start, the condensation takes place practically complete in the cold heat exchanger and the exhaust application. Progressively, these components (or the cooling water) are warmer. As a result, the condensation takes place only partially in the heater and it begins an undesirable, visible condensation behind the exhaust application (fog). If the flow is increased at this time to direct cold water into the heat exchanger, the condensation takes place there again, and that until the water temperature is no longer sufficient for condensing in the heat exchanger. As soon as the water is warm, the volume flow can be increased to its maximum value, for example. At this time, or shortly before, advantageously, a maximum / optimum amount of fuel and / or air may also be supplied to bring about a final heating of the exhaust application and the surrounding environment (the air behind the exhaust). There then results in a reduced condensation, ie the mist is thinner or distributed over a larger area.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Erhöhung der Durchströmung beginnt, wenn die zumindest eine erfasste Temperatur einen vorgegebenen ersten Schwellenwert überschreitet. Hierzu wird beispielsweise die Temperatur der Abgase und/oder die Temperatur des Kühlwassers während des Startvorganges erfasst. Die Temperatur der Abgase muss nicht zwingend direkt gemessen werden. Vielmehr ist hierfür insbesondere jeder Temperaturwert geeignet, der in Beziehung zur Temperatur der Abgase steht. So könnte beispielsweise ein in der Brennkammer zur Flammüberwachung vorgesehener Temperatursensor diese Aufgabe übernehmen. Vorzugsweise wird jedoch ein Wassertemperatursensor im Wärmetauscher verwendet.In preferred embodiments of the method according to the invention, it is provided that the increase in the flow begins when the at least one detected temperature exceeds a predetermined first threshold value. For this purpose, for example, the temperature of the exhaust gases and / or the temperature of the cooling water is detected during the starting process. The temperature of the exhaust gases does not necessarily have to be measured directly. Rather, this is in particular any temperature value suitable, which is related to the temperature of the exhaust gases. For example, a temperature sensor provided in the combustion chamber for flame monitoring could perform this task. Preferably, however, a water temperature sensor is used in the heat exchanger.
Zur optimalen Reduzierung der Startzeit ist bei einer besonders günstigen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Durchströmung des Wärmetauschers vor Erreichen des ersten Schwellenwertes auf Null reduziert wird. Dies entspricht einer völligen Abschaltung des Wärmetauschers während des Startvorganges.For optimum reduction of the start time, it is provided in a particularly favorable embodiment of the invention that the flow through the heat exchanger is reduced to zero before reaching the first threshold value. This corresponds to a complete shutdown of the heat exchanger during the starting process.
Die Vorgabe des ersten Schwellenwertes kann bei einer einfachen Ausführungsform der Erfindung fest eingestellt sein. Es kann alternativ jedoch auch vorgesehen sein, dass die Vorgabe des ersten Schwellenwertes in Abhängigkeit von Messwerten weiterer Umgebungsparameter erfolgt. Diese könnten beispielsweise Außentemperatur, Luftfeuchte oder ähnliche Parameter sein, die Auswirkung auf die Lage des Taupunktes und damit die Nebelbildung der Abgabe haben. Die Vorgabe kann etwa im Rahmen einer Berechnung oder durch Abruf von Werten aus einer Look-up-Tabelle erfolgen, die etwa in einem Steuergerät des Heizgerätes abgelegt ist.The specification of the first threshold value can be fixed in a simple embodiment of the invention. Alternatively, however, it can also be provided that the presetting of the first threshold value takes place as a function of measured values of further environmental parameters. These could be, for example, outside temperature, humidity or similar parameters that have an effect on the position of the dew point and thus the misting of the delivery. The specification can be carried out, for example, within the scope of a calculation or by retrieving values from a look-up table which is stored, for example, in a control unit of the heating appliance.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Erhöhung der Durchströmung des Wärmetauschers durch Ansteuerung einer Wärmetauscherfluidpumpe. Während des Startvorganges ist die Pumpe abgeschaltet oder auf eine geringe Pumpleistung reduziert. Nach Abschluss des Startvorgangs, d. h. nach Erreichen des ersten Schwellenwertes kann dann die Wärmetauscherfluidpumpe auf Normalbetriebsleistung hochgefahren werden.In one embodiment of the invention, the increase of the flow through the heat exchanger takes place by driving a heat exchanger fluid pump. During the starting process, the pump is switched off or reduced to a low pumping capacity. After completion of the startup process, d. H. after reaching the first threshold, the heat exchanger fluid pump can then be raised to normal operating performance.
Eine Steuerung der Wärmetauscherdurchströmung mittels der Fluidpumpenleistung ist jedoch nicht in allen Fällen möglich. Ist beispielsweise der Wärmetauscher mit dem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges verbunden, kann es sein, dass an die Pumpe Anforderungen gestellt werden, die von dem Heizgerät unabhängig sind. Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Erhöhung der Durchströmung des Wärmetauschers (alternativ oder zusätzlich) durch Ansteuerung eines Ventils eines Wärmetauscherfluidkreislaufs erfolgt. In diesem Fall kann die Pumpenleistung unabhängig vom Betriebszustand des Heizgerätes gestaltet werden, die Durchströmung des Wärmetauschers aber dennoch erfindungsgemäß angesteuert werden, indem ein den Wärmetauscher umfassender Teilkreis des Wärmetauscherfluidkreislaufs mittels des Ventils von der Pumpe abgekoppelt bzw. an diese angekoppelt wird.However, a control of the heat exchanger flow by means of the fluid pump performance is not possible in all cases. For example, if the heat exchanger connected to the cooling circuit of the internal combustion engine of the motor vehicle, it may be that requirements are made to the pump, which are independent of the heater. In a development of the invention, it is therefore provided that the increase in the flow through the heat exchanger (alternatively or additionally) takes place by driving a valve of a heat exchanger fluid circuit. In this case, the pump power can be designed independently of the operating state of the heater, the flow through the heat exchanger but still be controlled according to the invention by a heat exchanger comprehensive Teilkreis the heat exchange fluid circuit is decoupled from the pump by means of the valve or coupled to this.
Bei einer besonders günstigen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, bei weiterem Anstieg des Temperaturmesswertes über einen zweiten Schwellenwert eine Sicherheitsabschaltung des Heizgerates erfolgt. Das bedeutet, dass der zur Überwachung der Abgastemperatur verwendete Sensor gleichzeitig als Sicherheitselement gegen Überhitzung dient. Umgekehrt kann auch ein in üblichen Heizgeräten ohnehin vorhandener Sicherheits-Temperaturfühler zur erfindungsgemäßen Temperaturüberwachung eingesetzt werden, wobei er nicht nur den zweiten, sicherheitsrelevanten Schwellenwert, sondern darüber hinaus den ersten, für die Optimierung des Startvorganges entscheidenden ersten Schwellenwert überwacht.In a particularly favorable embodiment of the invention, a safety shutdown of the heating device takes place with further increase of the temperature measured value over a second threshold value. This means that the sensor used to monitor the exhaust gas temperature also serves as a safety element against overheating. Conversely, a safety temperature sensor which is present in any case in conventional heaters can also be used for temperature monitoring according to the invention, wherein it not only monitors the second, safety-relevant threshold value, but also the first threshold value decisive for the optimization of the starting process.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass zugleich mit der erhöhten Brennstoffmenge der Brennkammer eine gegenüber dem Normalbetrieb erhöhte Verbrennungsluftmenge zugeführt wird. Dies bedeutet eine zeitweilige Leistungsüberhöhung des Heizgerätes im Vergleich zum Normalbetrieb.Furthermore, it can be provided that at the same time as the increased amount of fuel of the combustion chamber is compared to the normal operation increased combustion air quantity is supplied. This means a temporary increase in power of the heater compared to normal operation.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following specific description and the drawings.
Es zeigen:Show it:
Im hinteren Teil steht die Brennkammer
In Schritt
In Schritt
Bei der einfachsten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens endet das Verfahren im Anschluss mit Schritt
Bei einer komplexeren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens schließt sich eine erweiternde Sicherheitsschleife an, die in
Wird in Schritt
Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung erläuterten und in den Figuren illustrierten Ausführungsformen der Erfindung lediglich illustrative Beispiele der Erfindung dar. Dem Fachmann stehen im Rahmen der Erfindung weitere Variationsmöglichkeiten zur Verfügung. Insbesondere ist der spezielle Typ des verwendeten Heizgerätes für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht relevant.Of course, the embodiments of the invention illustrated in the specific description and illustrated in the figures represent only illustrative examples of the invention. Further variation possibilities are available to the person skilled in the art within the scope of the invention. In particular, the specific type of heater used is not relevant to the practice of the method of the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Heizgerätheater
- 1212
- Brennstoffzuleitungfuel supply line
- 1414
- VerbrennungsluftzuleitungCombustion air supply line
- 1616
- VerdampfungskammerEvaporation chamber
- 1818
- VerdampfungselementEvaporation element
- 2020
- Brennkammercombustion chamber
- 2222
- Zündeinrichtungignition device
- 2424
- Porenkörperporous body
- 2626
- Wärmetauscherheat exchangers
- 2828
- Fluidzuleitungfluid supply line
- 3030
- Fluidableitungfluid discharge
- 3232
- Abgasabführungflue gas discharge
- 3434
- Temperatursensortemperature sensor
- 100100
- Steuerungsverfahrencontrol method
- 102–122102-122
-
Verfahrensschritte von
100 Procedural steps of100
Claims (8)
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