Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein mobiles Heizgerät, insbesondere ein Zusatzheizgerät für
ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennstoffzuführung zum Zuführen von Brennstoff zu
einem Brenner und einem Steuergerät zum Steuern des Betriebs des Brenners,
sowie einem mit dem Steuergerät betrieblich gekoppelten
Verbrennungsgütesensor zur Diagnose der Verbrennungsgüte am bzw. im
Brenner. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit einem derartigen Heizgerät.
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Mobile Heizgeräte der oben genannten Art werden als Luftheizgerät oder
Wasserheizgerät bei Fahrzeugen, wie beispielsweise Personenwagen,
Nutzfahrzeugen, Bussen oder Schiffen, eingesetzt. Sie dienen in der Regel zum
Beheizen eines Fahrzeugraums oder zum Vorwärmen des Kühlwassers eines
Verbrennungsmotors.
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Gegenwärtig werden derartige Heizgeräte mit ungeregelter Verbrennung
betrieben. Solche Heizgeräte sind beispielsweise aus DE 195 45 677 A1 bekannt.
Sie haben jedoch die folgenden Nachteile: Abweichungen bei den Komponenten
des Heizgerätes, wie z. B. Maßunterschiede bei Brennluftgebläse und
Brennstoffpumpe, führen zu Abweichungen in den Fördervolumina und damit zu
Schwankungen des Brennluft/Brennstoff-Verhältnisses, die nicht ausgeglichen
werden können. Wechselnde Anforderungen des umgebenden Systems, wie sie
z. B. bei unterschiedlichen Fahrzeugapplikationen brennstoff- und abgasseitig
auftreten, wirken sich ebenfalls negativ auf die Qualität der Verbrennung aus.
Schließlich sind auch die Umgebungsbedingungen zu beachten, denn bei
schwankender Umgebungstemperatur und sich änderndem Umgebungsdruck
ändern sich auch die Mediendichte und -viskosität von Brennluft und Brennstoff.
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Um eine geregelte Verbrennung vorzusehen, ist aus EP 0 827 854 A2 ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines eingangs beschriebenen
Heizgerätes bekannt, bei dem bzw. der ein im Abgasstrom durch einen
Verbrennungsgütesensor erfasster Abgaswert zur Regelung der Brennluft-
und/oder Brennstoffmenge in ein Steuergerät eingegeben wird. Der Abgaswert
wird im Steuergerät zur Überwachung bzw. Stabilisierung der Flamme des
Brenners ausgewertet. Als Verbrennungsgütesensor werden ein CO2-, ein CO-
oder ein O2-Sensor vorgesehen.
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Aus DE 44 47 285 A1 ist ein Fahrzeugheizgerät mit einem Brennluftgebläse und
einer Brennstoffpumpe bekannt, bei dem im Brenner und/oder im Abgasweg ein
Verbrennungsgütesensor angeordnet ist, dessen Signal von einer Steuerung für
das Brennluftgebläse und/oder die Brennstoffpumpe berücksichtigt wird. Als
Verbrennungsgütesensor werden ein CO2-, ein C2-, ein Infrarot-, ein
Wärmeleitfähigkeitssensor oder eine Lambda-Sonde vorgeschlagen.
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Bei den bekannten Heizgeräten kann die Regelung der Brennstoffmenge nur
unter hohem Aufwand mit der erforderlichen Genauigkeit erfolgen. Daher werden
bisher fest vorgegebene Einstellparameter für die Brennstoffmenge verwendet,
die keine Regelcharakteristik haben. Abweichungen der tatsächlich zugeführten
Brennstoffmenge von der idealen Brennstoffmenge während des Betriebs des
Heizgerätes können nicht erkannt werden. Dies kann zu erheblichen Störungen
des Brennbetriebs und zu einer verringerten Lebensdauer des Brenners führen.
Zugrundeliegende Aufgabe
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug mit einem eingangs
genannten Heizgerät zur Verfügung zu stellen, bei dem insgesamt geringe
Abgasschadstoffwerte erzielt werden. Insbesondere soll eine geregelte
Verbrennung mit optimierten Brennwerten bei vergleichsweise geringen Kosten
erreicht werden.
Erfindungsgemäße Lösung
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem eingangs genannten mobilen
Heizgerät gelöst, bei dem an der Brennstoffzuführung ein Dosierventil zum
Zuteilen von Brennstoff angeordnet ist, das mit dem Steuergerät betrieblich
gekoppelt ist und das von diesem in Abhängigkeit der Verbrennungsgüte im
Brenner gesteuert werden kann. Ferner ist die Aufgabe mit einem Fahrzeug
gelöst, in das ein derartiges Heizgerät eingebaut ist.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass für eine von der Verbrennungsgüte
abhängige Regelung die bisher verwendeten Brennstoffzuführungen im Grunde
nicht geeignet sind. Bei herkömmlichen Heizgeräten wird der Brennstoff mit einer
Brennstoffdosierpumpe aus einem Tank bzw. einem Brennstoffvorrat angesaugt
und dem Brenner unter Druck zugeführt. Bei dem erfindungsgemäßen Heizgerät
ist hingegen ein Dosierventil vorgesehen, das vom Steuergerät angesteuert,
insbesondere über zumindest eine elektrische Signalleitung ferngesteuert werden
kann. Mit dem erfindungsgemäßen Dosierventil kann dem Brenner in
Abhängigkeit der jeweils aktuell ermittelten Verbrennungsgüte gezielt eine
vorbestimmte Brennstoffmenge pro Zeiteinheit zugeteilt werden. Das Dosierventil
kann einfach und kostengünstig geregelt werden.
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Das erfindungsgemäße Heizgerät kann so in jedem Betriebspunkt mit den
gewünschten CO2-Werten betrieben werden. Auf eine hochpräzise
Brennstoffdosierpumpe kann hingegen verzichtet werden. Streuungen im
Förderverhalten von kostengünstigen, verhältnismäßig einfachen
Brennstoffförderpumpen ohne Dosierfunktion können erfindungsgemäß
kompensiert werden. Ferner können Einflüsse durch erwärmten Brennstoff in den
Brennstoffleitungen der Brennstoffzuführung kompensiert werden.
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Erfindungsgemäß kann auch eine Weiterförderung von Brennstoff in das
Heizgerät bei einer Störung des Brennbetriebs (z. B. bei Flammabriss) sofort
erkannt und die weitere Brennstoffzufuhr mit Hilfe des fernsteuerbaren
Dosierventils unterbunden werden.
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Durch den geregelten Betrieb des Heizgerätes mit optimierten Brennwerten wird
die Lebensdauer des Brenners insgesamt positiv beeinflusst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Heizgeräts ist eine
Abgasleitung zum Abführen von Abgas vom Brenner vorgesehen und der
Verbrennungsgütesensor ist an der Abgasleitung angeordnet. Bei einem
derartigen Heizgerät wird das Dosierventil vom Steuergerät automatisch mehr
geöffnet, wenn der Verbrennungsgütesensor Abgaswerte einer zu mageren
Verbrennung signalisiert, und schließt mehr, sobald die Abgaswerte eine zu fette
Verbrennung anzeigen.
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Der Verbrennungsgütesensor kann vorteilhaft als CO2-Sensor oder als Lambda-
Sensor ausgeführt sein. Solche Sensoren können kostengünstig als Zukaufteil
beschafft werden.
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Das erfindungsgemäße Dosierventil kann im Heizgerät selbst integriert sein, so
dass eine kompakte Gestalt mit geringem Raumbedarf geschaffen ist. Das
Dosierventil kann bei dieser Weiterbildung mit geringem Verkabelungsaufwand
mit dem Steuergerät betrieblich gekoppelt werden. Besonders vorteilhaft wird dem
Dosierventil ferner durch die Brennstoffzuführung Brennstoff unter Vordruck
zugeführt. Dieser Vordruck kann mit einer preiswerten Brennstoffförderpumpe
erzeugt werden, die eine vergleichsweise stark schwankende Fördermenge und
einen verhältnismäßig stark schwankenden Förderdruck aufweisen kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizgerätes
anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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Fig. 1 eine Prinzipskizze eines in einem Fahrzeug angeordneten Heizgerätes
gemäß dem Stand der Technik und
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Fig. 2 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Heizgerätes.
Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In Fig. 1 ist ein herkömmliches Heizgerät 10 mit seiner Brennstoffzuführung 12
veranschaulicht, bei dem ein im Heizgerät 10 angeordneter nicht dargestellter
Brenner ungeregelt betrieben wird.
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Die Brennstoffzuführung 12 weist eine Saugleitung 14 auf, durch die eine
Brennstoffpumpe 16 Brennstoff aus einem Tank 18 ansaugt. Die
Brennstoffpumpe 16 fördert den Brennstoff unter gleichzeitiger Druckerhöhung
und Mengendosierung in eine Druckleistung 20. Die Druckleitung 20 führt zum
Brenner des Heizgerätes 10, wo der dosierte Brennstoff an einer nicht
veranschaulichten Zerstäuberdüse austritt. Am Heizgerät 10 ist ein Steuergerät 22
angeordnet, mittels dem die Fördermenge der Brennstoffpumpe 12 über eine
Leitung 24 gesteuert werden kann. Ein solches Heizgerät 10 gemäß Fig. 1 ist
beispielsweise aus DE 195 45 677 A1 bekannt.
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Bei einem derartigen Heizgerät 10 wäre eine Regelung der Brennstoffmenge nur
unter hohem Aufwand mit der erforderlichen Genauigkeit möglich. Insbesondere
müsste die Brennstoffpumpe 16 sehr genaue Fördermengentoleranzen einhalten
und wäre daher vergleichsweise teuer herzustellen.
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In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes Heizgerät 10 veranschaulicht, das mit einer
Abgasleitung 26 und einem darin angeordneten CO2-Verbrennungsgütesensor 28
versehen ist. Der Verbrennungsgütesensor 28 ist über zumindest eine
Signalleitung 30 mit einem Steuergerät 22 am Heizgerät 10 betrieblich gekoppelt.
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Im Heizgerät 10 ist ein Dosierventil 32 angeordnet, dem durch eine weiter nicht
dargestellte Brennstoffzuführung Brennstoff unter Vordruck bereitgestellt wird.
Das Dosierventil 32 kann elektromagnetisch betätigt werden. Es ist über eine
Signalleitung 34 mit dem Steuergerät 22 betrieblich gekoppelt.
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Das Steuergerät 22 gemäß Fig. 2 ist dazu eingerichtet, dass es das Dosierventil
32 in Abhängigkeit der vom Verbrennungsgütesensor 28 ermittelten CO2-
Abgaswerte schaltet, um einem nicht dargestellten Brenner am Heizgerät 10
unmittelbar Brennstoff zuzuteilen. Mit dem Dosierventil 32 kann dem Brenner also
in Abhängigkeit von der jeweils aktuell ermittelten Verbrennungsgüte gezielt eine
vorbestimmte Brennstoffmenge pro Zeiteinheit zugeteilt werden.
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Das Dosierventil 32 ist platzsparend im Heizgerät 10 integriert und mit nur
geringem Verkabelungsaufwand mit dem Steuergerät 22 betrieblich gekoppelt.
Dem Dosierventil 32 kann Brennstoff unter Vordruck von einer preiswerten
Brennstoffförderpumpe bereitgestellt werden, die eine vergleichsweise stark
schwankende Fördermenge und einen verhältnismäßig stark schwankenden
Förderdruck aufweisen kann.
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Das Heizgerät 10 gemäß Fig. 2 kann in jedem Betriebspunkt mit den
gewünschten CO2-Werten betrieben werden. Streuungen im Förderverhalten
einer kostengünstigen, verhältnismäßig einfachen Brennstoffförderpumpe können
durch das Dosierventil 32 kompensiert werden. Ferner können Einflüsse durch
erwärmten Brennstoff in den Brennstoffleitungen der Brennstoffzuführung
kompensiert werden.
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Bei dem Heizgerät 10 entsprechend der Fig. 2 kann das Dosierventil 32 ferner
verwendet werden, um die Brennstoffleitung im Bedarfsfall zu verschließen, damit
ein Austritt von Brennstoff verhindert ist. Es ist vorgesehen, dass die
Brennstoffweiterförderung in das Heizgerät bei einer Störung des Brennbetriebs
(z. B. Flammabriss) vom Steuergerät 22 sofort erkannt und die weitere
Brennstoffzufuhr mit Hilfe des Dosierventils 32 unterbunden wird.
Bezugszeichenliste
10 Heizgerät
12 Brennstoffzuführung
14 Saugleitung
16 Brennstoffpumpe
18 Tank
20 Druckleitung
22 Steuergerät
24 Leitung
26 Abgasleitung
28 Verbrennungsgütesensor
30 Signalleitung
32 Dosierventil
34 Signalleitung