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Hintergrund
der Erfindung
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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.
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Heizgeräte der genannten Art werden
bei Fahrzeugen, wie beispielsweise Personenkraftwagen verwendet,
um einen Fahrzeugraum aufzuheizen oder Kühlwasser eines Verbrennungsmotors
des Fahrzeugs vorzuwärmen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zugrundeliegende
Aufgabe
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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.
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Erfindungsgemäße Lösung
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bei dem erfindungsgemäßen Sensor
sind die Anforderungen an eine Auswerteelektronik gering. Störungen durch
EMV-Einstreuungen sind daher wesentlich einfacher abzufangen.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung
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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.
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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 αT ein, wenn nämlich α1 =
90° wird.
Für n1 = 1,0 und n2 =
1.5 gilt dann: αT = sin-1(n1/n2) = sin-1(0,6667). Es ergibt sich ein αT =
42 °. Der
vorgesehene Lichtstrahl kann vorteilhaft eine enge Strahlendivergenz
aufweisen. Ein solcher Lichtstrahl kann kostengünstig mit einer Laserdiode
in eine Brennstoffleitung eingekoppelt sein.
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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.
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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.
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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.
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Dabei kann der Sensor besonders kostengünstig mit
einer einzelnen Lichtquelle als Sender und zwei Blenden gestaltet
sein.
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Zusätzlich oder alternativ kann
der Detektor kostengünstig
als Zwei- oder Mehr-Quadranten-Detektor
ausgebildet sein.
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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.
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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.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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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.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Störung des Brennstoff/Brennluft-Verhältnisses
durch die austretende Gasblase kann somit gemildert und Rauchbildung
sowie Knallgeräusche
können
vermieden werden.
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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.
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In den 2 bis 8 sind optische Sensoren 44 für ein Heizgerät im Einzelnen
veranschaulicht.
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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.
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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.
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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 αT 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.
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3 veranschaulicht
die Situation, in der der Lichtstrahl 58 bei vollkommen
mit Brennstoff gefüllter
Druckleitung 22 an der Grenzfläche 52 reflektiert
wird.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Bauteile 48, 72, 84 und 86 sind
zu einer Einheit zusammengefasst, was zur Vereinfachung der Montage
und Justierung von Vorteil ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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- 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