DE10224929A1

DE10224929A1 - Fahrzeug-Heizgerät mit einer Einrichtung zum Erkennen einer Gasblase

Info

Publication number: DE10224929A1
Application number: DE2002124929
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Keppler; Nils Dr. Elm; Mario Palitsch
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH; Webasto Thermosysteme International GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2022-06-05
Also published as: DE10224929B4

Abstract

Das Heizgerät ist mit einer Brennstoffzuführung (12, 22) zum Zuführen eines flüssigen Brennstoffs zu einer Brenneinrichtung (24) und einer Einrichtung (44) zum Erkennen einer Gasblase (60) innerhalb der Brennstoffzuführung (12, 22) versehen. Um insbesondere die Detektierung von Gasblasen (60) in der Brennstoffzuführung (12, 22) kostengünstiger zu gestalten, ist die Einrichtung zum Erkennen einer Gasblase (60) als optischer Sensor (44) gestaltet.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Heizgerät, insbesondere ein Stand- oder Zusatzheizgerät, mit einer Brennstoffzuführung zum Zuführen eines flüssigen Brennstoffs zu einer Brenneinrichtung und einer Einrichtung zum Erkennen einer Gasblase bzw. des Befüllzustands innerhalb der Brennstoffzuführung. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, das mit einem derartigen Heizgerät versehen ist.
Heizgeräte der genannten Art werden bei Fahrzeugen, wie beispielsweise Personenkraftwagen verwendet, um einen Fahrzeugraum aufzuheizen oder Kühlwasser eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs vorzuwärmen.
Die verwendeten Heizgeräte sollen im Fahrzeug verbrauchs- und schadstoffarm betrieben werden. Ferner werden an die Heizgeräte hinsichtlich der Geräuschentwicklung und hinsichtlich elektromagnetischer Störungen innerhalb des Fahrzeugs erhöhte Anforderungen gestellt. Die Heizgeräte sollen darüber hinaus kostengünstig herstellbar sein, besonders wenig Bauraum einnehmen und ein geringes Gewicht aufweisen. Ferner sollen die Heizgeräte auch ohne Wartung sicher funktionieren. Sie dürfen am Fahrzeug selbst im Störungsfall kein Sicherheitsrisiko darstellen.
Bei einem Heizgerät können sich in der Brennstoffzuführung unter Umständen Gasblasen bilden oder ansammeln, die an einer Brenneinrichtung austreten und dort zu einer Störung der Flamme führen können. Eine solche Störung kann z.B. zu einer verringerten Verbrennungsqualität führen. Es ist daher bei Heizgeräten seit langem ein Ziel, dass Gasblasen in der Brennstoffzuführung erkannt werden und das Heizgerät entsprechend gesteuert wird.
Aus DE 39 10 241 C1 ist ein Heizgerät bekannt, bei dem eine Gasblase ermittelt werden kann, während sie aus der Brennstoffdüse austritt. Ein Flammenwächter kann erkennen, wenn die Flamme ihre Lage, Temperatur und Strahlung ändert. Da die Flamme aber bereits von der austretenden Gasblase beeinflusst worden ist, kann das Heizgerät nur verzögert nachgesteuert werden. Im Extremfall erlischt die Flamme. Die Folge sind Rauchbildung sowie Rausch- und gegebenenfalls auch Knallgeräusche.
Aus DE 199 03 767 A1 ist es bekannt, dass ein Heizgerät rauchfrei und ruhig betrieben werden kann, indem stromaufwärts von einer Brennstoffdüse ein Gasblasendetektor angeordnet ist, mittels dem Gasblasen bereits innerhalb der Brennstoffzuführung erkannt werden können. Das Heizgerät wird entsprechend "vorausschauend" gesteuert, so dass z.B. eine Zündeinrichtung bereits aktiviert ist, wenn die Gasblase an der Brennstoffdüse austritt. Als Gasblasendetektor wird ein fremdbeheizter Kaltleiter, insbesondere ein PTC-Thermistor, favorisiert.
Bekannte Einrichtungen zum Erkennen von Gasblasen in einer Brennstoffzuführung eines Heizgerätes erfordern zum Teil eine aufwendige Abstimmung der Einrichtung auf die verwendete Brennstoffsorte. Ferner kann eine Abschirmung der Einrichtung gegen Hochfrequenz-Einstreuungen erforderlich sein.
Zugrundeliegende Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug mit einem Heizgerät der eingangs genannten Art zu verbessern, und insbesondere die Detektierung von Gasblasen in der Brennstoffzuführung insgesamt kostengünstiger zu gestalten.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das genannte Heizgerät mit einer Einrichtung zum Erkennen einer Gasblase versehen ist, die als optischer Sensor gestaltet ist. Ferner ist die Aufgabe mit einem Fahrzeug gelöst, in das ein solches Heizgerät verbaut ist.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass optische Wellen sich in oder am Übergang zwischen gasförmigen und flüssigen Medien unterschiedlich verhalten. Durch entsprechende Anordnung und Ausbildung eines optischen Sensors kann daher das Vorhandensein und evtl. auch die Größe einer Gasblase in einer ansonsten mit flüssigem Brennstoff gefüllten Brennstoffleitung einer Brennstoffzuführung erkannt bzw. ermittelt werden. Ferner kann auch der Befüllzustand einer Brennstoffleitung erkannt werden und somit der Brenneinrichtung des Heizgerätes gezielt gerade soviel Brennstoff zugeführt werden, dass eine qualitativ hochwertige Verbrennung gewährleitstet ist.
Ein optischer Sensor arbeitet ohne nennenswerte Verzögerungszeit. Daher kann die Zeit bis zum Eintreffen einer Gasblase an der Brenneinrichtung erfindungsgemäß genau vorausberechnet werden. Ferner ist ein optisches Messsystem verhältnismäßig fehlertolerant. Insbesondere kann mit einer binären Messmethode gearbeitet werden, so dass ein Auswerten von Messpegeln entfällt. Das optische Messprinzip ist praktisch temperatur- und dichteunabhängig und muss daher nicht auf einzelne Brennstoffmedien abgestimmt werden. Es können daher die relevan ten Brennstoffsorten PME, Benzin und Diesel mit demselben Aufbau verwendet werden.
Der erfindungsgemäße Sensor kann als vergossene Einheit ausgebildet sein, so dass Störungen durch Kondensatbildung auf optischen Flächen ausgeschlossen sind. Ferner kann der Sensor unter Verwendung miniaturisierter Bauteile sehr klein ausgebildet sein. Es können Bauteile verwendet werden, die aufgrund ihrer Herstellung in großen Serien kostengünstig sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Sensor sind die Anforderungen an eine Auswerteelektronik gering. Störungen durch EMV-Einstreuungen sind daher wesentlich einfacher abzufangen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Fahrzeug-Heizgeräts ist der optische Sensor dazu eingerichtet, dass er eine Brechung eines Lichtstrahles in der Brennstoffzuführung erkennt. Die Weiterbildung beruht auf dem Gedanken, dass bei Luft bzw. gasförmigem Brennstoff in Gestalt von Dampf oder Ausdampfungen einerseits und flüssigem Brennstoff andererseits der optische Brechungsindex deutlich verschieden ist. Der optische Brechungsindex von Luft und Brennstoffdämpfen liegt im sichtbaren Wellenlängenbereich wenig über 1,0. Für flüssige Kohlenwasserstoffe liegt der Brechungsindex bei etwa 1,5. Der Unterschied ist groß gegenüber temperaturbedingten Änderungen des Brechungsindexes im Betriebsbereich eines Heizgerätes von –40°C bis +80°C. Die physikalische Größe der Brechung eignet sich daher zur Unterscheidung der beiden Aggregatszustände gasförmig und flüssig.
Alternativ oder zusätzlich kann das erfindungsgemäße Heizgerät mit einem optischen Sensor versehen sein, der eine Reflexion eines Lichtstrahls in der Brennstoffzuführung, insbesondere eine Totalreflexion, zu erkennen vermag. Hierbei baut die Erfindung auf der physikalischen Gesetzmäßigkeit auf, dass an der Grenzfläche zwischen einem optisch dichten Stoff (zum Beispiel Brennstoff) und einem optisch weniger dichten Stoff (zum Beispiel Luft, die eine Brennstoffleitung umgibt) dann das Phänomen der Totalreflexion eintritt, wenn Licht aus dem optisch dichteren Medium unter einem bestimmten, von der jeweiligen Stoffpaarung abhängigen Grenzwinkel auf die Grenzfläche trifft. Nach dem Snellius'schen Brechungsgesetz gilt: sin α₁/sin α₂ = n₂/n₁. Der Indize 2 kennzeichnet den optisch dichteren Stoff. Totalreflexion tritt bei α_T ein, wenn nämlich α₁ = 90° wird. Für n₁= 1,0 und n₂ = 1.5 gilt dann: α_T = sin^-1(n₁/n₂) = sin^-1(0,6667). Es ergibt sich ein α_T = 42 °. Der vorgesehene Lichtstrahl kann vorteilhaft eine enge Strahlendivergenz aufweisen. Ein solcher Lichtstrahl kann kostengünstig mit einer Laserdiode in eine Brennstoffleitung eingekoppelt sein.
Dabei ist die Brennstoffzuführung vorteilhaft mit einer Brennstoffleitung versehen und der Sender kann einen Lichtstrahl durch die Brennstoffleitung senden, der am Austritt aus der Brennstoffleitung zum Detektor unter einem Winkel auf die Grenzfläche der bei vorhandenem Brennstoff vorliegenden Stoffpaarung flüssiggasförmig trifft, der kleiner als der Grenzwinkel für die Totalreflexion bei der Stoffpaarung flüssig-gasförmig ist. Liegt in der Brennstoffleitung Brennstoff an, do wird der Lichtstrahl an der Grenzfläche zurückreflektiert. Ein hinter der Grenzfläche angeordneter Detektor empfängt dann kein Lichtsignal, er sieht keine Intensität. Ist die Brennstoffleitung im Bereich des Lichtstrahls ausgegast bzw. mit Gasblasen angefüllt (vorwiegend Gas als Medium), so erfährt der Lichtstrahl keine Totalreflexion. Der Lichtstrahl trifft auf den Detektor, der ein entsprechendes Signal erkennt. Das Detektionsprinzip funktioniert auch dann, wenn sich zwischen der Gasblase und dem Sender (Lichtquelle) bzw. dem Detektor ein verbleibender Flüssigkeitsfilm befindet.
Darüber hinaus ist der erfindungsgemäße Sensor vorteilhaft mit einem Sender versehen, dessen Lichtstrahl am Eintritt vom Sender in die Brennstoffleitung unter einem Winkel von 90 Grad auf die Grenzfläche der bei vorhandenem Brennstoff vorliegenden Stoffpaarung gasförmig-flüssig trifft. Beim Eintritt des Lichtstrahls erfährt dieser weder bei einer Stoffpaarung gasförmig-flüssig noch bei einer Stoffpaarung gasförmig-gasförmig eine Brechung. Der weitere Verlauf des Lichtstrahls kann daher besonders einfach vorherbestimmt und der restliche Sensor entsprechend gestaltet werden. An die optischen Eigenschaften der an der Brennstoffleitung vorzusehenden den Brennstoff einhüllenden Grenzflächen werden keine besonderen Anforderungen gestellt. Als Werkstoff kann ein im Wellenbereich des Lichtstrahls (z.B. sichtbares Licht) durchsichtiges Material verwendet werden.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der optische Sensor mit einem Sender für zwei Lichtstrahlen und mindestens einem Detektor für Lichtstrahlung ausgebildet. Diese Ausgestaltung bildet die Grundlage für viele vorteilhafte Nutzanwendungen des erfindungsgemäßen Sensors.
Dabei kann der Sensor besonders kostengünstig mit einer einzelnen Lichtquelle als Sender und zwei Blenden gestaltet sein.
Zusätzlich oder alternativ kann der Detektor kostengünstig als Zwei- oder Mehr-Quadranten-Detektor ausgebildet sein.
Diese Ausgestaltungen können in Kombination mit einem Steuergerät verwendet werden, um mittels einer Laufzeitmessung zwischen Messsignalen von mindestens zwei Detektoren oder mehreren Teilbereichen eines Zwei- oder Mehr-Quadranten-Detektors die Größe und/oder die Strömungsgeschwindigkeit einer Gasblase in der Brennstoffleitung zu ermitteln. Ferner können mit der zweistrahligen Methode bauteilbedingte Signaldrifts abgefangen werden. Negative Einflüsse aufgrund von Verschmutzungen können vermieden werden, so dass diese praktisch keine störende Rolle mehr spielen. Mit einem mehrstrahligen optischen Sensor ist es auch möglich, dass zwischen einer ausgegasten Brennstoffleitung und einem Auftreten einzelner Brennstoffblasen in einer Brennstoffleitung unterschieden wird.
Das zweistrahlige (oder auch allgemein ein mehrstrahliges Prinzip) kann ferner vorteilhaft mit einem Sender gestaltet sein, dessen Lichtstrahl am Eintritt vom Sender in die Brennstoffleitung unter einem Winkel von 90 Grad auf die Grenzfläche der bei vorhandenem Brennstoff vorliegenden Stoffpaarung gasförmig-flüssig trifft und beim Austritt aus der Brennstoffleitung zum Detektor ebenfalls unter einem Winkel von 90 Grad auf die Grenzfläche der bei vorhandenem Brennstoff vorliegenden Stoffpaarung flüssig-gasförmig trifft. Der derart eingekoppelte Lichtstrahl erfährt weder beim Übergang gasförmig-flüssig noch beim Übergang gasförmig-gasförmig eine Brechung. Der Lichtstrahl wird daher von einem Detektor unabhängig von einer Gasblase gesehen und kann als Referenz dienen. Beispielsweise können mit dem Referenz-Lichtstrahl Verschmutzungseinflüsse an den den Brennstoff einhüllenden Grenzfläche des optischen Sensors ermittelt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrzeug-Heizgerätes anhand der beigefügten schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

1 einen teilweisen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Heizgerätes im Bereich der Brennstoffdüse und skizzenhaft die zugehörige Brennstoffzuführung sowie eine Brennluftversorgung,
2 einen Längsschnitt eines erstes Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optischen Sensors an einer Brennstoffleitung eines Heizgerätes gemäß 1,
3 eine Ansicht gemäß 2 bei einer mit Brennstoff gefüllten Brennstoffleitung,
4 eine Ansicht gemäß 2 bei einer ausgegasten Brennstoffleitung,
5 eine Ansicht gemäß 2 bei einer Gasblase in der Brennstoffleitung, und
6 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optischen Sensors an einer Brennstoffleitung eines Heizgerätes gemäß 1.
7 einen Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optischen Sensors an einer Brennstoffleitung eines Heizgerätes gemäß 1.
8 einen Längsschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optischen Sensors an einer Brennstoffleitung eines Heizgerätes gemäß 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das in 1 teilweise dargestellte Heizgerät ist ein motorunabhängiges Luftheizgerät mit einem Brenner 10, zu dem mit einer Brennstoffzuführung 12 flüssiger Brennstoff und mit einer Brennluftversorgung 14 Brennluft gefördert wird.
Die Brennstoffzuführung 12 umfasst einen Brennstofftank 16, aus dem der Brennstoff durch eine Saugleitung 18 von einer Brennstoffpumpe 20 angesaugt und anschließend in eine Druckleitung 22 gedrückt wird. Der Brennstoff tritt an einer Brennstoffdüse 24 in einer Brennkammer 26 des Brenners 10 im Wesentlichen in Richtung von Pfeilen 28 aus.
Als Brennluftversorgung 14 ist ein Brennluftgebläse 30 vorgesehen, das Brennluft durch einen Brennluftkanal 32 zu der Brennkammer 26 fördert, wo sie als Primä- und Sekundärluft unter anderem durch eine Dralleinrichtung 34 in Richtung der Pfeile 36 eintritt.
Neben der Brennstoffdüse 24 ist eine Zündeinrichtung 38 angeordnet, von der das in der Brennkammer gebildete Gemisch aus Brennstoff und Brennluft entzündet werden kann. Ferner ist neben der Brennstoffdüse 24 ein Flammenwächter 40 angebracht, von dem die Temperatur der entzündeten Flamme ermittelt werden kann.
An der Druckleitung 22 ist unmittelbar stromaufwärts von der Brennstoffdüse 24 ein optischer Sensor 44 angeordnet, mit dem der in der Druckleitung 22 strömende Brennstoff hinsichtlich seines Gasgehalts und unter Umständen seiner Strömungsgeschwindigkeit überwacht werden kann.
Der Optischer Sensor 44, der Flammenwächter 40, die Zündeinrichtung 38, das Brennluftgebläse 30 und die Brennstoffpumpe 20 sind durch je gestrichelt dargestellte elektrische Leitungen mit einem Steuergerät 46 verbunden, das Signale des Optischer Sensors 44 und des Flammenwächters 40 verarbeiten und die Einrichtungen 20, 30 und 38 in Abhängigkeit dieser Signal steuern kann.
Beim Betrieb des Heizgerätes wird versucht, das Gemisch aus Brennstoff und Brennluft in einem vorbestimmten Verhältnis zu halten, um eine schadstoffarme und leise Verbrennung zu gewährleisten. In der Brennstoffzuführung 12 können sich jedoch Gasblasen im Brennstoff bilden, die an der Brennstoffdüse 24 austreten und dabei das Brennstoff/Brennluft-Verhältnis negativ beeinflussen.
Um Gasblasen frühzeitig zu erkennen und entsprechend das Heizgerät vorausschauend gegensteuern zu können, wird bei dem dargestellten Heizgerät mittels des Optischer Sensors 44 die Dichte des Brennstoffs insgesamt, sowie seine Anteile an gasförmiger, flüssiger und fester Phase dem Steuergerät 46 gemeldet. Ferner wird anhand der strömenden Gasblasen bzw. der in der Strömung mitge führten Feststoffpartikel einer festen Phase die Strömungsgeschwindigkeit ermittelt.
Das Steuergerät 46 ist also beispielsweise dazu eingerichtet, eine Gasblase in der Brennstoffzuführung 12 anhand einer Änderung des Signals des optischen Sensors 44 zu detektieren. Das Steuergerät 46 kennt ferner den Betriebsmodus der Pumpe 20, d.h. ob diese bei Volllast oder Teillast betrieben wird, und kann auch davon die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs in der Druckleitung 22 ableiten. Nun kann errechnet werden, wann die detektierte Gasblase an der Brennstoffdüse 24 austreten wird. So kann das Steuergerät 46 entsprechend vorausschauend einer Beeinflussung der Flamme durch die nachfolgend austretende Gasblase entgegenwirken.
Das Steuergerät 46 kann aufgrund der Stärke der Änderung des Signals des optischer Sensors 44 beim Detektieren der Gasblase in der Druckleitung 22 auch ermitteln, wie groß die detektierte Gasblase ist.
Wird nun eine "große" Gasblase detektiert, so besteht die Gefahr, dass diese Gasblase die Flamme zum Erlöschen bringt. Das Steuergerät 46 steuert daher entgegen, indem es die Zündeinrichtung 38 bereits aktiviert und die Fördermenge des Brennluftgebläses 30 reduziert hat, bevor die Gasblase die Brennstoffdüse 24 erreicht.
Bei einer detektierten "kleinen" Gasblase, erhöht das Steuergerät 46 nur die Fördermenge der Brennstoffpumpe 20, während die Gasblase austritt, und reduziert eventuell gleichzeitig die Fördermenge des Brennluftgebläses 30.
Die Störung des Brennstoff/Brennluft-Verhältnisses durch die austretende Gasblase kann somit gemildert und Rauchbildung sowie Knallgeräusche können vermieden werden.
Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der optische Sensor 44 in der Saugleitung 18 der Brennstoffpumpe 20 angeordnet. Der optische Sensor 44 kann ferner saug- bzw. druckseitig in die Brennstoffpumpe 20 integriert sein.
In den 2 bis 8 sind optische Sensoren 44 für ein Heizgerät im Einzelnen veranschaulicht.
2 stellt ein erstes Ausführungsbeispiel eines optischen Sensors 44 an einer Druckleitung 22 dar. Der Sensor 44 weist einen Sender 48 in Gestalt einer Laserdiode als Lichtquelle für einen Lichtstrahl mit enger Strahlendivergenz auf. Vor dem Sender 48 ist halbkreisförmig eine schalenförmige Grenzfläche 50 ausgebildet, die den Brennstoff in der Druckleitung 22 zurückhält. Die Grenzfläche 50 ist in der Zeichenebene im Querschnitt halbkreisförmig gestaltet. Der Sender 48 befindet sich im Zentrum der Grenzfläche 50. An der der Grenzfläche 50 gegenüberliegenden Seite der Druckleitung 22 ist eine zweite Grenzfläche 52 ausgebildet. Diese Grenzfläche 52 ist in der Zeichenebene der 2 eben bzw. gerade gestaltet. Die Grenzflächen 50 und 52 sind je aus einem für sichtbares Licht durchlässigen Material ausgebildet. Außerhalb der Druckleitung 22 ist hinter der Grenzfläche 52 ein Detektor für Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich angeordnet.
2 veranschaulicht das dem optischen Sensor 44 zugrunde liegende Prinzip, dass optische Wellen sich in oder am Übergang zwischen gasförmigen und flüssigen Medien je nach Auftreffwinkel an den einzelnen Grenzübergängen brechen oder reflektiert werden. Ein erster Lichtstrahl 56 wird an der Grenzfläche 50 nicht abgelenkt, da er im rechten Winkel durch die Grenzfläche tritt. An der gegenüberliegenden Grenzfläche 52 tritt der Lichtstrahl 56 derart steil auf, dass er durch die Grenzfläche 52 tritt. Am Übergang zwischen dem flüssigen Medium Brennstoff in der Druckleitung 22 und dem gasförmigen Medium Luft vor dem Detektor 54 wird der Lichtstrahl 56 gebrochen.
Ein zweiter Lichtstrahl 58 tritt ebenfalls im rechten Winkel durch die schalenförmige Grenzfläche 50 vor dem Sender 48. Der Lichtstrahl 58 tritt ferner ebenfalls ungebrochen in den Brennstoff innerhalb der Druckleitung 22 ein. An der gegenüberliegenden Grenzfläche 52 trifft der Lichtstrahl 58 in einem Winkel auf, der kleiner als der Brechungswinkel α_T ist. Der Lichtstrahl 58 wird aufgrund des Dichteunterschieds zwischen dem flüssigen Brennstoff in der Druckleitung 22 (Brechungsindex n₂) und der Luft außerhalb der Druckleitung 22 (Brechungsindex (n₁) an der Grenzfläche 52 total reflektiert. Der Detektor 54 empfängt kein Signal.
3 veranschaulicht die Situation, in der der Lichtstrahl 58 bei vollkommen mit Brennstoff gefüllter Druckleitung 22 an der Grenzfläche 52 reflektiert wird.
In 4 ist dargestellt, dass bei einer ausgegasten Druckleitung 22 der Lichtstrahl 56 ohne eine Reflexion an der Grenzfläche 52 durch diese hindurchtritt und zum Detektor 54 gelangt. Dieser erkennt den auftreffenden Lichtstrahl und meldet damit, dass sich in der Druckleitung 22 Gas befindet.
In 5 ist visualisiert, wie der Lichtstrahl 56 durch die Druckleitung 22 tritt, wenn durch diese eine Gasblase 60 strömt. Neben der Gasblase 60 befindet sich ein dünner Flüssigkeitsfilm 62, durch den der Lichtstrahl 58 ebenfalls hindurchtritt. Beim Durchtritt durch den Flüssigkeitsfilm 62 wird der Lichtstrahl 58 zweifach gebrochen, so dass er insgesamt mit dem gleichen Winkel austritt, wie es bei einer ausgegasten Druckleitung 22 gemäß 4 der Fall ist. Der Lichtstrahl 58 trifft ebenfalls auf den Detektor 54.
In 6 ist ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei dem der Sensor 44 mit einer einzelnen Lichtquelle 48 und zwei davor angeordneten Blenden 64 und 66 ausgebildet ist. Die Blenden 64 und 66 lassen zwei Lichtstrahlen 58 und 68 austreten. Der Lichtstrahl 58 entspricht dem in den 2 bis 5 veranschaulichten Lichtstrahl 58. Der Lichtstrahl 68 tritt im wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung der Druckleitung 22 durch diese hindurch und trifft daher auch auf die Grenzfläche 52 in einem lotrechten Winkel auf. Der Lichtstrahl 68 wird unabhängig von der Befüllungssituation der Druckleitung 22 nicht abgelenkt. Er dient als Referenzsignal und meldet an einen zweiten Detektor 70, falls der Sender 48 defekt ist oder zumindest eine der Grenzflächen 50 bzw. 52 verschmutzt ist.
Unter Umständen kann mit dem Lichtstrahl 68 aber auch ein Auftreten von Gasblasen in der Druckleitung 22 oder eine insgesamt ausgegaste Druckleitung 22 erkannt werden. Dies ist beispielsweise möglich, wenn der Lichtstrahl 68 von einer durchströmenden Gasblase kurzzeitig modelliert bzw. abgelenkt wird. Mit Hilfe des Steuergerätes 46 können Laufzeitunterschiede in den Signalen der Detektoren 54 und 70 ermittelt werden und es kann auf die Fließgeschwindigkeit und/oder die Größe einer Gasblase rückgeschlossen werden.
In 7 ist ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei dem der optische Sensor 44 mit einem länglichen Körper 72 aus Glas oder Kunststoff versehen ist. Der Körper 72 ragt mit einem ersten Endbereich 74 in die Druckleitung 22, an dem er prismenförmig mit einer ersten Oberfläche 76 und einer dazu in einem Winkel von 90° ausgebildeten zweiten Oberfläche 78 gestaltet ist. An einem dem ersten Endbereich 74 gegenüberliegenden Endbereich 80 ist der Körper 72 mit einer einzelnen Oberfläche 82 gestaltet, zu der die Oberflächen 76 und 78 je in einem Winkel von 45° stehen. Vor der Oberfläche 82 sind ein Sender 48 und ein erster Detektor 84 angeordnet. An der dem Körper 72 gegenüberliegenden Seite der Druckleitung 22 ist an dieser ein zweiter Detektor 86 angeordnet.
Die Bauteile 48, 72, 84 und 86 sind zu einer Einheit zusammengefasst, was zur Vereinfachung der Montage und Justierung von Vorteil ist.
Wenn am Körper 72 in der Druckleitung 22 Flüssigkeit ansteht, tritt ein vom Sender 48 ausgesendeter Lichtstrahl an der ersten Oberfläche 76 aus und wird nachfolgend vom zweiten Detektor 86 erkannt. Ist der Körper 72 hingegen von Gas umgeben, so kommt es an der ersten Oberfläche 82 zu Totalreflexion. Der Licht strahl des Senders 48 verlässt dann nicht den Körper 72, sondern wird über die erste und die zweite Oberfläche 76 bzw. 78 zum ersten Detektor 84 reflektiert.
In 8 ist ein Ausführungsbeispiel eines optischen Sensors 44 veranschaulicht, bei dem zwei Körper 88 und 90 aus Glas oder Kunststoff an gegenüberliegenden Seiten der Druckleitung 22 angeordnet sind. Am ersten Körper 88 ist gegenüber von einer ersten Oberfläche 92 ein Sender 48 angeordnet. Eine zur Druckleitung 22 gewandte zweite Oberfläche 94 ist zur ersten Oberfläche 92 in einem Winkel von 45° geneigt. Ferner ist am ersten Körper 88 eine dritte Oberfläche 96 ausgebildet, die zur zweiten Oberfläche 94 in einem Winkel von 45° und zur ersten Oberfläche 92 in einem Winkel von 90° geneigt ist. Gegenüber von der dritten Oberfläche 96 ist ein erster Detektor 84 angeordnet.
Der zweiten Körper 90 ist mit einer der Druckleitung 22 gegenüberliegenden Oberfläche 98 und mit einer Oberfläche 100 gestaltet, die zu der Oberfläche 98 in einem Winkel von 45° geneigt ist. Gegenüber von dieser Oberfläche 100 ist ein zweiter Detektor 86 angeordnet.
Ein vom Sender 48 ausgesendeter Lichtstrahl durchdringt die Oberfläche 92 und gelangt an die Oberfläche 94. Er wird dort nur dann reflektiert, wenn sich in der Druckleitung 22 Gas befindet. Sonst wird der Lichtstrahl durch die Druckleitung 22 und durch den zweiten Körper 90 hindurch zum Detektor 86 geleitet. Bei Totalreflexion an der Oberfläche 94 wird der Lichtstrahl zum Detektor 84 abgelenkt.
Je nachdem ob ein Messsignal vom Detektor 84 oder 86 erkannt wird, kann also bestimmt werden, wann sich in der Druckleitung 22 eine Flüssigkeit oder ein Gas befindet.

10: Brenner des Fahrzeug-Heizgerätes
12: Brennstoffzuführung
14: Brennluftversorgung
16: Brennstofftank
18: Saugleitung
20: Brennstoffpumpe
22: Druckleitung
24: Brenneinrichtung, insbesondere Brennstoffdüse
26: Brennkammer
28: Pfeile – Austrittsrichtung des Brennstoffs
30: Brennluftgebläse
32: Brennluftkanal
34: Dralleinrichtung
36: Pfeile – Einströmrichtung der Brennluft
38: Zündeinrichtung
40: Flammenwächter
44: Optischer Sensor
46: Steuergerät
48: Sender
50: Grenzfläche
52: Grenzfläche
54: Detektor
56: Lichtstrahl
58: Lichtstrahl
60: Gasblase
62: Flüssigkeitsfilm
64: Blende
66: Blende
68: Lichtstrahl
70: Detektor
72: Körper
74: Endbereich
76: Oberfläche
78: Oberfläche
80: Endbereich
82: Oberfläche
84: Detektor
86: Detektor
88: Körper
90: Körper
92: Oberfläche
94: Oberfläche
96: Oberfläche
98: Oberfläche
100: Oberfläche

Claims

Fahrzeug-Heizgerät, insbesondere Stand- oder Zusatzheizgerät, mit einer Brennstoffzuführung (12, 22) zum Zuführen eines flüssigen Brennstoffs zu einer Brenneinrichtung (24) und einer Einrichtung (44) zum Erkennen einer Gasblase (60) innerhalb der Brennstoffzuführung (12, 22), dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erkennen einer Gasblase (60) als optischer Sensor (44) gestaltet ist.
Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (44) dazu eingerichtet ist, eine Brechung eines Lichtstrahles (56) in der Brennstoffzuführung (12, 22) zu erkennen.
Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (44) dazu eingerichtet ist, eine Reflexion eines Lichtstrahls (58) in der Brennstoffzuführung (12, 22), insbesondere eine Totalreflexion, zu erkennen.
Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (44) mit einem Sender (48) für einen Lichtstrahl (56, 58, 68) und einem Detektor (54, 70, 84, 86) für Lichtstrahlung ausgebildet ist.
Heizgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzuführung (12, 22) mit einer Brennstoffleitung (22) versehen ist und der Sender (48) einen Lichtstrahl (58) durch die Brennstoffleitung (22) senden kann, der am Austritt aus der Brennstoffleitung (22) zum Detektor (54) unter einem Winkel auf die Grenzfläche (52) der bei vorhande nem Brennstoff vorliegenden Stoffpaarung flüssig-gasförmig trifft, der kleiner als der Grenzwinkel für die Totalreflexion bei der Stoffpaarung flüssig-gasförmig ist.
Heizgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzuführung (12, 22) mit einer Brennstoffleitung (22) versehen ist und der Sender (48) einen Lichtstrahl (56, 58, 68) durch die Brennstoffleitung (22) senden kann, der am Eintritt vom Sender (48) in die Brennstoffleitung (22) unter einem Winkel von 90 Grad auf die Grenzfläche (50) der bei vorhandenem Brennstoff vorliegenden Stoffpaarung gasförmig-flüssig trifft.
Heizgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (44) mit einem Sender (48) für zwei Lichtstrahlen (58, 68) und mindestens einem Detektor (54, 70) für Lichtstrahlung ausgebildet ist.
Heizgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (48) mit einer einzelnen Lichtquelle und zwei Blenden (64, 66) gestaltet ist.
Heizgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (54, 70) als Zwei- oder Mehr-Quadranten-Detektor ausgebildet ist.
Heizgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (46) vorgesehen ist, mittels dem eine Laufzeitmessung zwischen Messsignalen von mindestens zwei Detektoren (54, 70) oder mehreren Teilbereichen eines Zwei- oder Mehr-Quadranten-Detektors durchgeführt werden kann.
Heizgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzuführung (12, 22) mit einer Brennstoffleitung (22) versehen ist und der Sender (48) einen Lichtstrahl (68) durch die Brennstoffleitung (22) senden kann, der am Eintritt vom Sender (48) in die Brennstoffleitung (22) unter einem Winkel von 90 Grad auf die Grenzfläche (50) der bei vorhandenem Brennstoff vorliegenden Stoffpaarung gasförmig-flüssig trifft und beim Austritt aus der Brennstoffleitung (22) zum Detektor (70) ebenfalls unter einem Winkel von 90 Grad auf die Grenzfläche (52) der bei vorhandenem Brennstoff vorliegenden Stoffpaarung flüssig-gasförmig trifft.
Fahrzeug mit einem Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11.