DE102005022199A1

DE102005022199A1 - Heizgerät für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102005022199A1
Application number: DE102005022199A
Authority: DE
Inventors: Roland Kost; Peter Hartmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2006-11-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät, insbesondere für ein von einem Verbrennungsmotor angetriebenes Fahrzeug, mit einem Brenner, der über eine Kraftstoffleitung mit einer Kraftstoffpumpe, welche Kraftstoff für den Brenner aus einem Tank oder einer Kraftstoffvorlaufleitung des Verbrennungsmotors fördert, verbunden ist, wobei in der Kraftstoffleitung ein verschließbares Ventil, vorzugsweise ein Magnetventil, angeordnet ist und die Kraftstoffleitung stromauf des Ventils mit einem Druckausgleichsystem verbunden ist, mit welchem der Leitungsdruck in der Kraftstoffleitung bei geschlossenem Ventil auf einen definierten Druckwert, vorzugsweise auf den im Brenner vorliegenden Druck, einstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät, insbesondere für ein von einem Verbrennungsmotor angetriebenes Fahrzeug, mit einem Brenner, der über eine Kraftstoffleitung mit einer Kraftstoffpumpe, verbunden ist.

Fahrzeugheizgeräte können als Zuheiz- oder als Standheizgeräte ausgebildet sein. Zuheizgeräte benötigen für ihre Funktion einen laufenden Fahrzeugmotor, während Standheizgeräte für einen vom Motor unabhängigen Betrieb ausgelegt sind, jedoch zusätzlich auch mit einer Zuheiz-Funktion betrieben werden können. Die Standheizung kann beispielsweise durch eine Fernbedienung gestartet werden oder durch eine Zeitschaltuhr, die den Heizbetrieb automatisch zur vom Nutzer voreingestellten Zeit beginnt und für eine ebenfalls frei wählbare Zeit aufrechterhält, gesteuert werden.

Die Zuheiz- und Standheizgeräte werden in der Regel mit einem Brenner betrieben und heizen beispielsweise das für die Fahrzeugheizung benutzte Kühlwasser eines Motors über einen im Heizgerät befindlichen Wärmetauscher auf. Durch starten der Standheizung und/oder bei einer zu geringen Kühlwassertemperatur für die Innenraumbeheizung des Fahrzeuges kann der Brenner eingeschaltet werden, um das Kühlwasser ausreichend zu erwärmen. Dem Brenner wird über ein Verbrennungsluftgebläse Verbrennungsluft zugeführt. Der notwendige Kraftstoff wird über eine Kraftstoffpumpe aus dem Fahrzeugtank gepumpt und über eine Kraftstoffleitung dem Brenner zugeführt. Die Kraftstoffpumpen sind in der Regel als Kolbenpumpen ausgeführt und dichten im Ruhezustand die Kraftstoffleitung ggf. durch zusätzliche Absperrmaßnahmen zum Tank hin ab.

Auch nach dem Ausschalten des Heizgerätes ist die Kraftstoffleitung zwischen der Kraftstoffpumpe und dem Brenner mit Kraftstoff gefüllt. Dieser kann sich durch Erwärmung, beispielsweise durch Erwärmung des Motorraums bei Betrieb des Kraftfahrzeuges oder durch entsprechende Außentemperaturen, aufheizen und es kommt zu einer Volumenerhöhung des Kraftstoffes in der Kraftstoffleitung. Durch den in der Kraftstoffleitung entstehenden Überdruck wird Kraftstoff in die Brennerkammer gedrückt, der bei einem späteren Zünden des Brenners verdampft wird, so dass bei einem Benzin betriebenen Brenner zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen erforderlich sind. Bei mit Diesel betriebenen Brennern führt der in die Brennerkammer gedrückte Kraftstoff zu einer unerwünschten Qualmbildung beim nächsten Start des Heizgerätes. Wird der Kraftstoff in der Kraftstoffleitung nach der Erwärmung anschließend wieder abgekühlt, zieht sich der Kraftstoff zurück und am heizgeräteseitigen Ende der Kraftstoffleitung wird Luft in die Kraftstoffleitung eingesaugt. Beim nächsten Start kann mit der in der Kraftstoffleitung befindlichen Luft nicht sofort ein brennfähiges Gemisch gebildet werden, so dass es zu Betriebsstörungen des Heizgerätes kommen kann.

In der DE 195 26 003 A1 wird ein als Drosselstelle wirkendes Magnetventil in die Kraftstoffleitung eingefügt und bildet einen relativ hohen Strömungswiderstand für den Brennstoff und einen geringen Strömungswiderstand gegen Gas, Dampf oder Luft. Bei der Bildung von Gas, Dampf oder Luft in der Kraftstoffleitung fällt der Druck des Gases durch die Drosselstelle relativ schnell wieder ab, so dass die druckgesteuerte Kraftstoffpumpe eine größere Menge an Kraftstoff fördert und das in der Kraftstoffleitung befindliche Gemisch aus Gas, Luft und Kraftstoffdampf sehr schnell aus der Kraftstoffleitung gedrückt wird. Liegt an der Drosselstelle wieder Kraftstoff an, kehrt die Pumpe in den Normalbetrieb zurück.

Die Lösung der DE 195 26 003 A1 ist zum einen auf Heizgeräte mit eigengesteuerten Druckpumpen begrenzt und kann außerdem das Eindrücken von Kraftstoff in den Brennerraum nicht verhindern.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Startqualität sowie die Betriebs- und Funktionssicherheit von brennkraftbetriebenen Heizgeräten von Kraftfahrzeugen zu verbessern.

Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einem Heizgerät gemäß Anspruch 1.

Das erfindungsgemäße Heizgerät, insbesondere für ein von einem Verbrennungsmotor angetriebenes Fahrzeug, umfasst einen Brenner, der über eine Kraftstoffleitung mit einer Kraftstoffpumpe, welche Kraftstoff für den Brenner aus einem Tank oder einer Kraftstoffvorlaufleitung des Verbrennungsmotors fördert, verbunden ist, wobei in der Kraftstoffleitung stromauf des Brenners und vorzugsweise unmittelbar vor dem Brenner ein verschließbares Ventil, vorzugsweise ein Magnetventil, angeordnet ist und die Kraftstoffleitung stromauf des Ventils mit einem Druckausgleichsystem verbunden ist, mit welchem der Leitungsdruck in der Kraftstoffleitung bei geschlossenem Ventil auf einen definierten Druckwert, vorzugsweise auf den im Brenner vorliegenden Druck einstellbar ist. Damit wird ein Eindrücken von Kraftstoff in den Brenner im Ruhezustand des Brenners verhindert und es liegen beim Starten des Heizgerätes definierte Druckverhältnisse vor, sodass weitere Betriebsparameter des Heizgerätes, wie beispielsweise die Förderleistung der Kraftstoffpumpe, darauf abstimmbar sind und ein kontrolliertes Einsprühen des Kraftstoffs in den Brenner möglich ist. Weiterhin liegt am brennerseitigem Ende der Kraftstoffleitung Kraftstoff an, so dass sofort ein brennfähiges Gemisch gebildet werden kann.

Um sicherzustellen, dass der für den Brenner erforderlichen Betriebsdruck erreicht wird, ist die Druckausgleichsleitung so nahe wie möglich am heizgeräteseitigen Ende der Kraftstoffleitung vorzusehen.

In vielen Anwendungsfällen liegt im Brenner bei ausgestelltem Heizgerät der Umgebungsdruck an, sodass in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ein sich beispielsweise durch Erwärmung erhöhender Leitungsdruck in der Kraftstoffleitung über das Druckausgleichssystem auf den Umgebungsdruck ausgeglichen wird. Dabei bleibt das Ventil geschlossen, um ein Entweichen von in der Kraftstoffleitung befindlichen Gasen, Dämpfen und Kraftstoff in den Brenner zu vermeiden.

Das Druckausgleichsystem umfasst in einer einfachen und vorteilhaften Ausführung einen Druckausgleichsbehälter, welcher unter Umgebungsdruck steht, und eine Ausgleichsleitung, welche die Kraftstoffleitung mit dem Druckausgleichsbehälter verbindet und über welche in der Kraftstoffleitung befindliche Gasen, Dämpfe und Kraftstoff in den Druckausgleichsbehälter abgeleitet werden, wobei der Druckausgleichsbehälter zum Druckausgleich vorzugsweise eine Öffnung zur Umgebung aufweist. Um ein Austreten von Kraftstoff aus dem Druckausgleichsbehälter zu vermeiden, ist es von Vorteil, ein Rückschlagventil in der Öffnung anzuordnen.

Um die Dimensionierung des Druckausgleichsbehälters möglichst klein zu halten und eine Entleerung des Druckausgleichsbehälters einfach zu gestalten, wird der sich im Druckausgleichsbehälter ansammelnde Kraftstoff in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung über eine Saugleitung mit einer Pumpe abgesaugt, wobei in einer besonders einfachen Ausführung die Pumpe als Saugstrahlpumpe durch eine Verengungen oder eine Düse in einer Kraftstoffrücklaufleitung des Verbrennungsmotors realisiert wird und die Saugleitung im Bereich der Verengung mit der Kraftstoffrücklaufleitung verbunden ist. Wird Kraftstoff durch die Kraftstoffrücklaufleitung geführt, wird durch eine Druckabsenkung an der Verengung eine Saugwirkung in der Saugleitung erzeugt, wobei der im Druckausgleichsbehälter befindliche Kraftstoff in die Kraftstoffrücklaufleitung gefördert wird. Um sicher zu stellen, dass der Kraftstoff nicht von der Kraftstoffrücklaufleitung in den Druckausgleichsbehälter gedrückt wird, ist in der Saugleitung ein weiteres Rückschlagventil angeordnet.

Beim Starten des Heizgerätes wird durch die Kraftstoffpumpe Kraftstoff in die Kraftstoffleitung gefördert und das verschließbare Ventil vor dem Brenner geöffnet, um in den Brenner Kraftstoff zu fördern. Vorzugsweise ist das verschließbare Ventil als Dreiwegeventil ausgeführt und zwischen der Kraftstoffleitung und der Ausgleichsleitung angeordnet, sodass beim Öffnen der Kraftstoffleitung zum Brenner gleichzeitig die Verbindung von der Kraftstoffleitung zur Ausgleichsleitung verschlossen wird und kein Kraftstoff in die Ausgleichsleitung mehr gedrückt werden kann. Alternativ dazu kann auch jeweils ein verschließbares Ventil in der Kraftstoffleitung und in der Ausgleichsleitung angeordnet sein.

Das erfindungsgemäße Heizgerät ist sowohl als Zuheizgerät bei Betrieb eines Verbrennungsmotors als auch als Standheizgerät unabhängig vom Betrieb eines Verbrennungsmotors einsetzbar. Das Heizgerät umfasst außerdem einen Wärmetauscher mit einem den Brenner umgebenden Raum, der von einem Wärmeträger, beispielsweise der Kühlflüssigkeit des Verbrennungsmotors, umgeben ist, und ein Verbrennungsluftgebläse mit welchem dem Brenner die für die Verbrennung des Kraftstoffs notwendige Luft zugeführt wird.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt dazu:
1 eine schematische Darstellung eines Heizgerätes
Das in 1 schematisch dargestellte Heizgerät 1 ist als Heizgerät für ein mit einem Verbrennungsmotor betriebenes Kraftfahrzeug gestaltet und besteht aus dem Brenner 2 mit der Zuluftleitung 15, der Abgasleitung 16 mit dem Abgasschalldämpfer 17 sowie dem Anschlussstutzen 14 für die Kraftstoffleitung 3, einen den Brenner 2 umgebenden Wärmetauscher 18 mit der Kühlmittelzuleitung 19 und der das erwärmte Kühlmittel abführenden Heizleitung 20, der Kraftstoffpumpe 4, der Kraftstoffleitung 3 und einem Druckausgleichssystem. Das Druckausgleichssystem und der Brenner 2 sind über das Dreiwegeventil 12 mit der Kraftstoffleitung 3 wahlweise verbindbar. Das Druckausgleichssystem aus der Ausgleichsleitung 6, dem Druckausgleichsbehälter 5, der Saugleitung 7 und der Saugstrahlpumpe 9. Dabei ist das Dreiwegeventil 12 so dicht wie möglich am Anschlussstutzen 14 der Kraftstoffleitung 3 angebracht.
Bei Betrieb des Heizgerätes 1 gibt das Dreiwegeventil 12 die Kraftstoffleitung 3 frei, sodass der von der Kraftstoffpumpe 4 aus einem Tank geförderte Kraftstoff über die Kraftstoffleitung 3 dem Brenner 2 zugeführt werden kann. Gleichzeitig verschließt das Dreiwegeventil 12 die Verbindung von der Kraftstoffleitung 3 zur Ausgleichsleitung 6, sodass kein Kraftstoff in das Druckausgleichssystem gedrückt werden kann. Mit der Zufuhr des Kraftstoffs zum Brenner 2 wird dem Brenner 2 über die Zuluftleitung 15 die zur Verbrennung des Kraftstoffs notwendige Verbrennungsluft zugeführt. Der Kraftstoff wird beispielsweise über eine Düse in den Verbrennungsraum des Brenners 2 eingespritzt und durch einen Glühstift gezündet. Das bei der Verbrennung entstehende Abgas wird über die Abgasleitung 16 mit dem Abgasschalldämpfer an die Umgebung abgegeben. Die im Brenner 2 erzeugte Wärme wird über den heizgeräteseitigen Wärmetauscher 18 an das über die Kühlmittelzuleitung 19 zugeführte Kühlmittel abgeführt. Eine Umwälzpumpe fördert das erwärmte Kühlmittel über die Kühlmittelleitung 20 zum fahrzeugseitigen Wärmetauscher, der die vom Fahrzeuggebläse angesaugte Frischluft erwärmt und somit den Fahrzeuginnenraum aufheizt.
Beim Abstellen des Heizgerätes wird die Stellung des Dreiwegeventils 12 so verändert, dass die Kraftstoffleitung 3 zum Brenner 2 hin verschlossen ist und die Kraftstoffleitung 3 mit der Ausgleichsleitung 6 verbunden ist.
Auch nach dem Abstellen des Heizgerätes ist die Kraftstoffleitung 3 mit Kraftstoff gefüllt. Kommt es zu einer Erwärmung in der Umgebung der Kraftstoffleitung 3, dehnt sich der Kraftstoff aus. Würden keine weiteren Maßnahmen getroffen, würde das zu einer Druckerhöhung in der Kraftstoffleitung 3 zwischen der Kraftstoffpumpe 4 und einem vor dem Brenner angeordneten und verschlossenen Ventil führen.
Das in der Kraftstoffleitung 3 angeordnete Dreiwegeventil 12 ist jedoch zur Ausgleichsleitung 6 hin geöffnet, sodass bei einer Erwärmung der sich ausdehnende Kraftstoff in der Kraftstoffleitung 3 über die Ausgleichsleitung 6 in den Druckausgleichsbehälter 5 gedrückt wird. Der Druckausgleichsbehälter 5 weist eine Öffnung zur Umgebung 13 auf, so dass im Druckausgleichsbehälter 5 immer der Umgebungsdruck vorliegt. Der sich im Druckausgleichsbehälter 5 ansammelnde Kraftstoff wird über die Saugleitung 7 und die Saugstrahlpumpe 9 wieder abgesaugt. Dazu ist die Saugstrahlpumpe in der Kraftstoffrücklaufleitung 8 des Verbrennungsmotors angeordnet und ein Absaugen erfolgt jeweils dann, wenn bei Betrieb des Verbrennungsmotors Kraftstoff über die Kraftstoffrücklaufleitung 8 fließt. Damit kein Kraftstoff aus der Kraftstoffrücklaufleitung 8 in den Druckausgleichsbehälter 5 gedrückt wird, ist in der Saugleitung 7 ein erstes Rückschlagventil 10 angeordnet. Damit kein Kraftstoff aus dem Druckausgleichsbehälter 5 an die Umgebung entweichen kann, ist in der Öffnung zur Umgebung 13 ein zweites Rückschlagventil 11 angeordnet.
Beim Anschalten des Heizgerätes 1 gibt das Dreiwegeventil 12 die Kraftstoffleitung 3 frei und der Leitungsdruck in der Kraftstoffleitung 3 entspricht dem Umgebungsdruck, welcher auch in der Brennerkammer vorliegt, so dass der Kraftstoff kontrolliert in die Brennerkammer des Brenners 2 eingesprüht werden kann.

1: Heizgerät
2: Brenner
3: Kraftstoffleitung
4: Kraftstoffpumpe
5: Druckausgleichsbehälter
6: Ausgleichsleitung
7: Saugleitung
8: Kraftstoffrücklaufleitung
9: Saugstrahlpumpe
10: erstes Rückschlagventil
11: zweites Rückschlagventil
12: Dreiwegeventil
13: Öffnung zur Umgebung
14: Anschlussstutzen
15: Zuluftleitung
16: Abgasleitung
17: Abgasschalldämpfer
18: Wärmetauscher
19: Kühlmittelzuleitung
20: Kühlmittelleitung

Claims

Heizgerät (1), insbesondere für ein von einem Verbrennungsmotor angetriebenes Fahrzeug, umfassend einen Brenner (2), der über eine Kraftstoffleitung (3) mit einer Kraftstoffpumpe (4), welche Kraftstoff für den Brenner (2) aus einem Tank oder einer Kraftstoffvorlaufleitung des Verbrennungsmotors fördert, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kraftstoffleitung (3) ein verschließbares Ventil angeordnet und die Kraftstoffleitung (3) stromauf des verschließbaren Ventils mit einem Druckausgleichsystem verbunden ist zur Einstellung eines definierten Leitungsdruck in der Kraftstoffleitung (3) bei geschlossenem verschließbaren Ventil.
Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckausgleichsystem einen Druckausgleichsbehälter (5), welcher unter einem Umgebungsdruck steht, und eine Ausgleichsleitung (6), welche die Kraftstoffleitung (3) mit dem Druckausgleichsbehälter (5) verbindet, zur Einstellung des Umgebungsdrucks in der Kraftstoffleitung (3) umfasst.
Heizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckausgleichsbehälter (5) über eine Saugleitung (7) mit einer Pumpe zum Absaugen des im Druckausgleichsbehälter (5) befindlichen Kraftstoffs verbunden ist.
Heizgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe mit einer Kraftstoffrücklaufleitung (8) des Verbrennungsmotors verbunden ist.
Heizgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine in der Kraftstoffrücklaufleitung (8) angeordnete Saugstrahlpumpe (9) ist.
Heizgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Saugleitung (7) ein erstes Rückschlagventil (10) angeordnet ist.
Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckausgleichsbehälter (5) eine Öffnung zur Umgebung (13) zur Einstellung des Umgebungsdrucks aufweist. das verschließbare Ventil ein Magnetventil ist.
Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das verschließbare Ventil unmittelbar vor einem Anschlussstutzen (14) des Brenners (2) für die Kraftstoffleitung (3) angeordnet ist.
Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das verschließbare Ventil ein Dreiwegeventil (12) ist und zwischen der Kraftstoffleitung (3) und der Ausgleichsleitung (6) angeordnet ist.
Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Ausgleichsleitung (6) ein Auf-/Zu-Ventil angeordnet ist.