DE102014220213A1 - Fuel-operated heater, in particular for a vehicle - Google Patents
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Abstract
Ein brennstoffbetriebenes Heizgerät, insbesondere für ein Fahrzeug, umfasst einen Brennerbereich (12) mit einer Brennkammer (20), eine Verbrennungsluftförderanordnung (14) zum Fördern von Verbrennungsluft (L) zu der Brennkammer (20), eine Brennstoffförderanordnung (16) zum Fördern von Brennstoff (B) zu der Brennkammer (20), eine Ansteueranordnung (26) zum Ansteuern der Verbrennungsluftförderanordnung (14) und der Brennstoffförderanordnung (16) sowie eine Raumlagesensoranordnung (34) zur Bereitstellung von mit der Raumlage der Brennstoffförderanordnung (16) oder/und der Raumlage des Brennerbereichs (12) oder/und der Raumlage der Ansteueranordnung (26) im Zusammenhang stehender Raumlageinformation.A fuel-powered heater, particularly for a vehicle, includes a combustor section (12) having a combustor (20), a combustion air conveyor assembly (14) for conveying combustion air (L) to the combustor (20), a fuel delivery assembly (16) for conveying fuel (B) to the combustion chamber (20), a drive arrangement (26) for controlling the combustion air conveyor assembly (14) and the fuel delivery assembly (16) and a spatial location sensor arrangement (34) for providing the location of the fuel delivery assembly (16) and / or the spatial position the burner area (12) and / or the spatial position of the drive arrangement (26) associated spatial position information.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein brennstoffbetriebenes Heizgerät, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend einen Brennerbereich mit einer Brennkammer, eine Verbrennungsluftförderanordnung zum Fördern von Verbrennungsluft zu der Brennkammer, eine Brennstoffförderanordnung zum Fördern von Brennstoff zu der Brennkammer sowie eine Ansteueranordnung zum Ansteuern der Verbrennungsluftförderanordnung und der Brennstoffförderanordnung. The present invention relates to a fuel-operated heater, in particular for a vehicle, comprising a burner region with a combustion chamber, a combustion air conveying arrangement for conveying combustion air to the combustion chamber, a fuel delivery arrangement for conveying fuel to the combustion chamber, and a drive arrangement for actuating the combustion air delivery arrangement and the fuel delivery arrangement.
Die Verbrennungscharakteristik eines derartigen brennstoffbetriebenen Heizgeräts wird durch äußere Faktoren, wie z. B. die Höhenpositionierung eines ein derartiges Heizgerät aufweisenden Fahrzeugs bzw. den Umgebungsluftdruck, stark beeinflusst. Eine Änderung der Höhenlage bzw. des Luftdrucks führt zu einer Verschiebung im Luft/Brennstoff-Verhältnis und beeinflusst somit den Schadstoffausstoß bzw. auch die bei einer vorgegebenen Brennstoffmenge erzielbare Heizleistung. The combustion characteristics of such a fuel-operated heater is affected by external factors, such. B. the height positioning of such a heater having vehicle or the ambient air pressure, greatly influenced. A change in the altitude or the air pressure leads to a shift in the air / fuel ratio and thus affects the emission of pollutants or even at a given amount of fuel recoverable heating power.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein brennstoffbetriebenes Heizgerät, insbesondere für ein Fahrzeug, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines brennstoffbetriebenen Heizgeräts vorzusehen, mit welchen eine verbesserte Heizcharakteristik erzielt werden kann. It is the object of the present invention to provide a fuel-operated heater, in particular for a vehicle, and a method for operating a fuel-operated heater, with which an improved heating characteristic can be achieved.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein brennstoffbetriebenes Heizgerät, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend einen Brennerbereich mit einer Brennkammer, eine Verbrennungsluftförderanordnung zum Fördern von Verbrennungsluft zu der Brennkammer, eine Brennstoffförderanordnung zum Fördern von Brennstoff zu der Brennkammer, eine Ansteueranordnung zum Ansteuern der Verbrennungsluftförderanordnung und der Brennstoffförderanordnung sowie eine Raumlagesensoranordnung zur Bereitstellung von mit der Raumlage der Brennstoffförderanordnung oder/und der Raumlage des Brennerbereichs oder/und der Raumlage der Ansteueranordnung im Zusammenhang stehender Raumlageinformation. According to the invention, this object is achieved by a fuel-operated heater, in particular for a vehicle, comprising a burner area with a combustion chamber, a combustion air conveying arrangement for conveying combustion air to the combustion chamber, a fuel delivery arrangement for conveying fuel to the combustion chamber, a drive arrangement for actuating the combustion air delivery arrangement and Fuel delivery arrangement and a space position sensor arrangement for providing with the spatial position of the fuel delivery arrangement and / or the spatial position of the burner area and / or the spatial position of the drive arrangement related Raumlageinformation.
Es wurde erkannt, dass insbesondere auch die Raumlage einer Brennstoffförderanordnung einen deutlichen Einfluss auf deren Fördercharakteristik hat. Ist eine derartige Brennstoffförderanordnung beispielsweise so angeordnet, dass der von dieser abzugebende Brennstoff in Höhenrichtung nach oben zu fördern ist, so wird bei gleichem Förderbetrieb im Allgemeinen weniger Brennstoff abgegeben, als bei einer Raumlagepositionierung, bei welcher der von der Brennstoffförderanordnung zu fördernde Brennstoff in Richtung nach unten, also schwerkraftunterstützt, abgegeben wird. Variationen in der Raumlage haben somit bei unveränderter Ansteuercharakteristik der Brennstoffförderanordnung zur Folge, dass diese in Zuordnung zu einer auch unveränderten Verbrennungsluftmenge eine sich ändernde Brennstoffmenge fördert, wodurch die Zusammensetzung des Luft/Brennstoff-Gemisches beeinflusst wird und infolge dessen auch der Wirkungsgrad des Heizgerätes sowie die Schadstoffzusammensetzung der aus dem Heizgerät ausgestoßenen Abgase verbessert werden. Durch das Bereitstellen der Raumlageinformation wird die Möglichkeit geschaffen, eine sich ändernde Raumlage der Brennstoffförderanordnung, beispielsweise während der Fahrt, zu erfassen oder zu erfassen, dass aufgrund des Abstellens des Fahrzeugs in stark hängendem Gelände auch eine entsprechende Positionierung der Brennstoffförderanordnung im Raum vorhanden ist. Dies kann dazu genutzt werden, die Ansteuercharakteristik der Brennstoffförderanordnung oder/und der Verbrennungsluftförderanordnung anzupassen, um somit einer durch die Veränderung der Raumlage oder eine erkannte Raumlage induzierten Beeinflussung des Förderverhaltens der Brennstoffförderanordnung Rechnung tragen zu können. It was recognized that, in particular, the spatial position of a fuel delivery arrangement has a clear influence on its delivery characteristics. If such a fuel delivery arrangement is arranged, for example, so that the fuel to be dispensed by the latter is to be conveyed upwards in the vertical direction, generally less fuel is emitted during the same delivery operation than in a spatial position positioning, in which the fuel to be delivered by the fuel delivery arrangement moves in the direction of below, so gravity assisted, is delivered. Variations in the spatial position thus have an unchanged driving characteristic of the fuel delivery arrangement with the result that it promotes a changing amount of fuel in association with an unchanged amount of combustion air, whereby the composition of the air / fuel mixture is influenced and as a result, the efficiency of the heater and the Pollutants composition of the exhaust gases emitted from the heater can be improved. By providing the spatial position information, the possibility is created of detecting or detecting a changing spatial position of the fuel conveying arrangement, for example while driving, that a corresponding positioning of the fuel conveying arrangement in the space is also present due to the parking of the vehicle in strongly suspended terrain. This can be used to adapt the control characteristic of the fuel delivery arrangement and / or the combustion air conveying arrangement, so as to be able to take account of an induced by the change in the spatial position or a detected spatial position influencing the conveying behavior of the fuel delivery arrangement.
Auch die Raumlage eines mit Brennstoff gespeisten Bereichs des Heizgeräts, also des die Brennkammer aufweisenden Brennerbereichs, kann einen Einfluss auf die Verbrennungscharakteristik haben. Insbesondere bei Ausgestaltung des Brennerbereichs als Verdampferbrenner mit einem flüssigen Brennstoff aufnehmenden und diesen durch Kapillarförderwirkung und auch unter Einfluss der Schwerkraft verteilenden porösen Verdampfermedium hat die Raumlage des Brennerbereichs einen Einfluss auf die Verteilungscharkteristik des flüssigen Brennstoffs im Innenvolumenbereich des porösen Verdampfermediums und damit auch auf die Abdampfung des Brennstoffs aus dem porösen Verdampfermedium zu einer Brennkammer hin. Durch Bereitstellung der Raumlageinformation insbesondere des Brennerbereichs bzw. auch der Ansteueranordnung, welche mit dem Brennerbereich im Allgemeinen zu einer Baueinheit zusammengefasst ist, wird die Möglichkeit geschaffen, diese Raumlage bei der Ansteuerung verschiedener Systembereiche des Heizgeräts, insbesondere der Brennstoffförderanordnung sowie der Verbrennungsluftförderanordnung, zu berücksichtigen, um somit ein optimiertes Verbrennungsverhalten erreichen zu können. The spatial position of a fuel-fed area of the heater, that is, the burner chamber having the combustion chamber, can have an influence on the combustion characteristics. In particular, in the embodiment of the burner area as an evaporator burner with a liquid fuel receiving and these by Kapillarförderwirkung and under the influence of gravity distributing porous evaporator medium, the spatial position of the burner area has an influence on the distribution characteristics of the liquid fuel in the inner volume of the porous evaporator medium and thus on the evaporation of the Fuel from the porous evaporator medium to a combustion chamber out. By providing the spatial position information in particular of the burner area or of the drive arrangement, which is combined with the burner area in general to form a structural unit, the possibility is created to take into account this spatial position when activating different system areas of the heater, in particular the fuel conveying arrangement and the combustion air conveying arrangement, so as to be able to achieve optimized combustion behavior.
Nicht nur die im Betrieb eines Fahrzeugs sich mit der Raumlage des Fahrzeugs auch ändernde Raumlage der Brennstoffförderanordnung hat einen Einfluss auf deren Fördercharakteristik, sondern grundsätzlich auch die Positionierung der Brennstoffförderanordnung beispielsweise in einem Fahrzeug. Hier werden durch die Hersteller im Allgemeinen Soll-Einbaulagen vorgegeben, wobei nicht sichergestellt ist, dass beim Einbau eines derartigen Heizgeräts bzw. einer Brennstoffförderanordnung dafür diese Soll-Einbaulagen tatsächlich eingehalten werden. Da die Ansteuerung der Brennstoffförderanordnung bzw. der Verbrennungsluftförderanordnung zum Bereitstellen einer hohen Effizienz des Heizgeräts und eines geringen Schadstoffausstoßes des Heizgeräts beruhend auf den dafür vorgesehenen Soll-Einbaulagen erfolgt, kann ein von einer derartigen Soll-Einbaulage abweichender Einbau dazu führen, dass einerseits das Heizgerät nicht mit dem vorgesehenen Wirkungsgrad arbeiten kann, also nicht die geforderte Heizleistung erbringen kann, andererseits jedoch auch der Schadstoffausstoß übermäßig groß ist. Auch diesem Problem kann mit dem erfindungsgemäßen Aufbau eines Heizgeräts Rechnung getragen werden, da auch bei nicht korrektem Einbau eines Fahrzeugheizgeräts bzw. einer Brennstoffförderanordnung dafür die Raumlage erkannt wird und somit insbesondere auch die Abweichung der Raumlage von der der Soll-Einbaulage entsprechenden Raumlage erkannt werden kann und mithin durch entsprechend angepasste Ansteuerung eine Kompensation vorgenommen werden kann. Not only the in the operation of a vehicle with the spatial position of the vehicle and changing spatial position of the fuel delivery arrangement has an influence on their funding characteristics, but in principle, the positioning of the fuel delivery system, for example in a vehicle. Here, nominal installation positions are generally specified by the manufacturer, wherein it is not ensured that during installation of such a heater or a fuel delivery system therefor these nominal installation positions are actually adhered to. Since the control of the fuel delivery arrangement or the combustion air conveying arrangement for providing a high efficiency of the heater and low emissions of the heater is based on the intended installation positions, a deviating from such a desired installation position installation can lead to the one hand, the heater not can work with the intended efficiency, so can not provide the required heat output, on the other hand, however, the pollutant emissions is excessively large. This problem can also be taken into account with the construction of a heater according to the invention, since even if the vehicle heater or a fuel delivery device is incorrectly installed, the spatial position is detected and thus, in particular, the deviation of the spatial position from the spatial position corresponding to the desired installation position can be detected and thus can be made by appropriately adjusted control compensation.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Raumlagesensoranordnung wenigstens einen Raumlagesensor, vorzugsweise Drei-Achs-Beschleunigungssensor oder Drei-Achs-Gyroskopsensor, umfasst. Durch derartige Drei-Achs-Sensoren wird es möglich, die Lage der Brennstoffförderanordnung exakt repräsentierende Raumlageinformation bereitzustellen. For example, it may be provided that the spatial position sensor arrangement comprises at least one space position sensor, preferably a three-axis acceleration sensor or a three-axis gyroscope sensor. By such three-axis sensors, it is possible to provide the position of the fuel delivery arrangement exactly representing spatial position information.
Da bei einem brennstoffbetriebenen Heizgerät, wie vorangehend erläutert, insbesondere die Positionierung der Brennstoffförderanordnung bzw. einer Brennstoffpumpe derselben hinsichtlich des Förderverhaltens kritisch ist, wird weiter vorgeschlagen, dass die Brennstoffförderanordnung eine Brennstoffpumpe umfasst, wobei wenigstens ein Raumlagesensor die Raumlage der Brennstoffpumpe erfasst. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Raumlagesensor an der Brennstoffpumpe vorgesehen ist, beispielsweise an oder in einem Gehäuse der Brennstoffpumpe. Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere dann, wenn die Brennstoffförderanordnung und beispielsweise der Brennerbereich bzw. die Ansteueranordnung keine Baueinheit bilden, sondern beispielsweise separat voneinander in ein Fahrzeug integriert werden, so dass eine definierte Relativlage der Brennstoffförderanordnung beispielsweise bezüglich des Brennerbereichs bzw. der Ansteueranordnung nicht sichergestellt ist. Since in a fuel-operated heater, as explained above, in particular the positioning of the fuel delivery arrangement or a fuel pump thereof is critical with respect to the delivery behavior, it is further proposed that the fuel delivery arrangement comprises a fuel pump, wherein at least one space position sensor detects the spatial position of the fuel pump. In particular, it can be provided that the at least one space position sensor is provided on the fuel pump, for example on or in a housing of the fuel pump. This refinement is particularly suitable when the fuel delivery arrangement and, for example, the burner area or the drive arrangement do not form a structural unit, but are integrated separately into a vehicle, for example, so that a defined relative position of the fuel delivery arrangement, for example with respect to the burner area or the drive arrangement, is not ensured ,
Insbesondere bei einer Ausgestaltung, bei welcher die Brennstoffförderanordnung mit dem Brennerbereich und insbesondere auch der Ansteueranordnung eine Baueinheit bildet, also die Relativlage dieser Baugruppen zueinander fest vorgegeben ist, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass wenigstens ein Raumlagesensor die Raumlage der Ansteueranordnung oder/und des Brennerbereichs erfasst, wobei der wenigstens eine Raumlagesensor an der Ansteueranordnung vorgesehen sein kann. Durch das Bereitstellen der Raumlageinformation in Zuordnung zur Ansteueranordnung einerseits und bedingt dadurch, dass die Ansteueranordnung und die Brennstoffförderanordnung eine definierte Relativlage zueinander haben, kann auch dabei beruhend auf der Raumlageinformation auf die Raumlage der Brennstoffförderanordnung geschlossen werden. Auch bei vom Brennerbereich bzw. von der Ansteueranordnung getrennt positionierter Brennstoffförderanordnung wird bei derartiger Ausgestaltung die Möglichkeit geschaffen, die Raumlage des Brennerbereichs bzw. der Ansteueranordnung bei der Speisung des Brennerbereichs mit Brennstoff zu berücksichtigen. In particular, in an embodiment in which the fuel delivery arrangement forms a structural unit with the burner region and in particular the drive arrangement, so the relative position of these modules is fixed to each other, can be provided according to the invention that at least one space position sensor detects the spatial position of the drive arrangement and / or the burner area wherein the at least one space position sensor may be provided on the drive arrangement. By providing the spatial position information in association with the drive arrangement on the one hand and due to the fact that the drive arrangement and the fuel delivery arrangement have a defined relative position to each other, it can also be concluded based on the spatial position information on the spatial position of the fuel delivery arrangement. In the case of such an embodiment, it is also possible to take into account the spatial position of the burner area or the drive arrangement when supplying fuel to the burner area, even if the fuel delivery arrangement is positioned separately from the burner area or from the drive arrangement.
Wie bereits angemerkt, wird bei dem erfindungsgemäßen Aufbau eines Heizgeräts die Möglichkeit dazu geschaffen, die Ansteueranordnung dazu auszubilden, die Verbrennungsluftförderanordnung oder/und die Brennstoffförderanordnung beruhend auf der Raumlageinformation anzusteuern. As already noted, in the construction of a heater according to the invention, the possibility is created of designing the drive arrangement to control the combustion air delivery arrangement and / or the fuel delivery arrangement based on the spatial location information.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines brennstoffbetriebenen Heizgeräts, insbesondere für ein Fahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Aufbau, wobei die Brennstoffförderanordnung zum Fördern von Brennstoff zu der Brennkammer beruhend auf der Raumlageinformation angesteuert wird, oder/und wobei die Verbrennungsluftförderanordnung zum Fördern von Verbrennungsluft zu der Brennkammer beruhend auf der Raumlageinformation angesteuert wird. The present invention further relates to a method of operating a fuel-operated heater, in particular for a vehicle having the construction according to the invention, wherein the fuel delivery arrangement is driven to deliver fuel to the combustion chamber based on the attitude information, and / or wherein the combustion air delivery system is for delivering combustion air the combustion chamber is driven based on the spatial information.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt: The present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. It shows:
In
Die im Brennerbereich
Die Verbrennungsluftförderanordnung
Die
Die Brennstofffördercharakteristik der Brennstoffförderanordnung
Um dieser Einbaulage und damit Raumlage abhängigen Variation der von der Brennstoffförderanordnung
Grundsätzlich kann bei der Integration eines Fahrzeugheizgeräts
Die
Um dem Problem einer Variation der Raumlage des Heizgeräts
Beruhend auf der durch das Ausgangssignal eines derartigen Raumlagesensors
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass im Sinne der vorliegenden Erfindung die Raumlage der Brennstoffförderanordnung deren Orientierung an einem bestimmten Ort definiert, beispielsweise in einem kartesischen Koordinatensystem. Dies ist unabhängig davon, dass beispielsweise durch das Bewegen eines Fahrzeugs in verschiedene Höhenlagen entsprechend auch die Höhenlage der Dosierpumpe sich ändert, was jedoch nicht notwendigerweise auch eine Änderung der Raumlage der Dosierpumpe mit sich bringt. Bei beispielsweise in verschiedenen Höhenlagen auf jeweils horizontaler Fahrbahn positioniertem Fahrweg wird eine in einem derartigen Fahrzeug vorgesehene Dosierpumpe zwar verschiedene Höhenlagen bzw. Höhenpositionierungen aufweisen, jedoch die gleiche Raumlage, also die gleiche Orientierung im Raum an einer jeweiligen Höhenpositionierung. Finally, it should be noted that for the purposes of the present invention, the spatial position of the fuel delivery arrangement defines its orientation at a particular location, for example in a Cartesian coordinate system. This is independent of the fact that, for example, by moving a vehicle to different altitudes according to the altitude of the metering pump changes, but this does not necessarily bring a change in the spatial position of the metering pump with it. In, for example, positioned at different altitudes on each horizontal roadway a provided in such a vehicle metering pump will indeed have different altitudes and height positions, but the same spatial position, ie the same orientation in space at a respective height positioning.
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