DE10232164B3

DE10232164B3 - Heizgerät mit einem Glühstift/Flammwächter und Verfahren zum Betrieb des Heizgeräts

Info

Publication number: DE10232164B3
Application number: DE10232164A
Authority: DE
Inventors: Christian Bäcker; Felix Wolf; Werner Höglmaier
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH; Webasto Thermosysteme International GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2002-07-16
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-07-17

Abstract

Das Heizgerät ist mit einem Glühstift/Flammwächter sowie mit einem Steuergerät versehen, das mit dem Glühstift/Flammwächter betrieblich gekoppelt und dazu eingerichtet ist, einen aktuellen Widerstandswert des Glühstifts/Flammwächters zu bestimmen. Um insbesondere eine Qualmbildung beim Starten des Heizgeräts sicher zu vermeiden, kann das Steuergerät einen Mittelwert (R_FW¶aktuell¶, R_FW¶Mittel¶) des Widerstandswerts des Glühstifts/Flammwächters in einem Zeitintervall (t(R_FW¶aktuell¶), t(R_FW¶Mittel¶)) bestimmen und auf der Grundlage des Mittelwerts (R_FW¶aktuell¶, R_FW¶Mittel¶) des Widerstandswerts des Glühstifts/Flammwächters eine Flamme-Aus-Signal generieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät mit einem Glühstift/Flammwächter sowie mit einem Steuergerät, das mit dem Glühstift/Flammwächter betrieblich gekoppelt und dazu eingerichtet ist, den aktuellen Widerstandswert des Glühstifts/Flammwächters zu ermitteln. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem derartigen Heizgerät sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Heizgeräts mit einem Glühstift/Flammwächter sowie mit einem Steuergerät, das mit dem Glühstift/Flammwächter betrieblich gekoppelt ist, mit dem Schritt: Ermitteln des aktuellen Widerstandswerts des Glühstifts/Flammwächters.

Heizgeräte der eingangs genannten Art werden beispielsweise bei Landfahrzeugen, Schiffen oder Flugzeugen verwendet, um einen Fahrgastraum zu beheizen bzw. Kühlwasser eines Verbrennungsmotors bei einem Kaltstart vorzuwärmen. Bei den genannten Heizgeräten kommen Vorrichtungen zum Erkennen eines Flammabrisses zur Anwendung, die auf einer Widerstandsmessung eines Glühstifts/Flammwächters basieren.

Zur Erkennung eines Flammabrisses sind Verfahren bekannt, bei denen eine definierte Widerstandsschwelle zugrunde gelegt wird. Die Widerstandsschwelle ergibt sich aus der Kennlinie des Widerstandswertes des Glühstifts/Flammwächters bei einer Flamme-Ein-Situation.

Darüber hinaus sind Verfahren zur Flammerkennung bekannt, bei denen der Gradient des Verlaufs des Widerstandswertes ausgewertet wird.

Aus DE 198 22 140 C1 ist ein Verfahren zur Flammüberwachung bei einem Fahrzeugheizgerät bekannt, bei dem der Widerstandswert eines Glühstifts von einem Steuergerät in Glühpausen, in welchen am Glühstift keine Versorgungsspannung anliegt, zur Erkennung einer Flamme in einer Brennkammer ausgewertet wird. Die Überwachung erfolgt durch Prüfung, ob Glühwendeln des Glühstifts einen vorbestimmten Widerstandswert innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls einnehmen.

Aus DE 199 03 305 A1 ist ein Verfahren zum Überwachen der Flamme in einem Fahrzeugheizgerät bekannt, das mit einem in einer Brennkammer hinein ragenden Temperatursensor bzw. Flammwächter versehen ist. Das Messsignal des Flammwächters wird einem Steuergerät zugeführt und zur Flammerkennung in Abhängigkeit von vorgegebenen Temperatur-Schwellenwerten sowie zusätzlich von Temperatur-Gradienten ausgewertet. Mit diesem Verfahren ist die Flamme-Aus-Erkennung möglich, nachdem das Startelement in Gestalt des Flammwächters bzw. Glühstiftes vollständig ausgeschaltet worden ist.

Bisher bekannte Verfahren der Flammüberwachung mittels eines Glühstifts/Flammwächters weisen folgende Nachteile auf:
Bei Verfahren der Schwellenwertmethode muss der Schwellenwert verhältnismäßig niedrig gewählt werden, weil bei kalten Umgebungsbedingungen der Widerstandswert des Glühstifts/Flammwächters niedrig ist. Der Widerstandswert steigt jedoch bei warmer Umgebung an, so dass dann der niedrig gewählte Schwellenwert zu ungenauen oder gar falschen Ergebnissen führt. Durch den größeren Abstand zwischen Schwellenwert und realem Widerstandswert wird ferner bei höheren Umgebungstemperaturen die Erkennung verhältnismäßig langsam. Bei Flammabriss wird dann unter Umständen zu lange Brennstoff gefördert, was zu einer deutlichen Qualmbildung führen kann. Darüber hinaus ist bei der Entwicklung des Heizgerätes eine sorgfältige Überprüfung des gewählten Schwellenwertes erforderlich, um sicherzustellen, dass ein Flammabriss unter allen Bedingungen und Toleranzen erkannt wird.

Bei der Gradientenmethode hat es sich als Nachteil erwiesen, dass der Gradient, bzw. die zu dessen Ermittlung notwendigen Größen auf Schwankungen in der Versorgungsspannung des Heizgerätes und auf weitere Störgrößen teilweise sehr empfindlich reagieren. Daher kann es auch bei dieser Methode zu Fehlerkennungen kommen.

Zugrundeliegende Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug mit einem Heizgerät zur Verfügung zu stellen, bei dem ein Flammabriss mit höherer Sicherheit als bisher erkannt wird und insbesondere eine Qualmbildung beim Starten des Heizgerätes sicher vermieden ist.

Erfindungsgemäße Lösung

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Heizgerät gemäß Anspruch 1, einer Verwendung eines solchen Heizgerätes gemäß Anspruch 6 sowie einem Verfahren zur Flammüberwachung beim Betrieb eines Heizgerätes gemäß Anspruch 7 gelöst.

Erfindungsgemäß wird bei der Flammabriss-Erkennung eines Heizgeräts nicht allein mit einzelnen Messwerten gearbeitet, sondern es wird zur Bestimmung der für die Erkennung relevanten Größen mindestens ein Mittelwert bestimmt.

Ganz allgemein würde das Verwenden von Mittelwerten bei einem Mess- und Steuerverfahren grundsätzlich zu einer Vergröberung und zu einem „Verwischen" klarer, eindeutiger Messergebnisse führen.

Erfindungsgemäß wird das Ausmitteln von Messwerten hingegen positiv genützt und eine mögliche fehlerhafte Flammabriss-Erkennung vermieden, indem die einzelnen Messwerte im gemittelten Zusammenhang mit anderen Messwerten betrachtet werden. Ist ein einzelner Messwert durch eine Störgröße beeinflusst, so wird diese Störung durch die nicht von der Störung betroffenen Messwerte ausgeglichen. Das gesamte Messergebnis ist mit einem geringeren Fehler behaftet.

Durch eine entsprechende Auswahl der Anzahl Messwerte pro Mittelwertbildung kann erfindungsgemäß eine maximale Fehlerwahrscheinlichkeit sichergestellt werden.

Die Anzahl Messwerte und das zugehörige Zeitintervall einer Mittelwertbildung können an einzelne Betriebszustände des Heizgerätes angepasst sein und/oder abhängig von Umgebungsbedingungen verändert werden. So kann die Mittelwertbildung beispielsweise bei einem Kaltstart des Heizgerätes anders erfolgen als bei einem Warmstart.

Zugleich führt die erfindungsgemäße Mittelwertbildung nicht zu einer langsameren oder ungenaueren Erkennung eines Flammabrisses, denn die durch die Mittelwertbildung ausgeschalteten Störgrößen führen, wie oben erläutert wurde, zu erheblich genaueren Messergebnissen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann das Steuergerät in einem Vergleichs-Zeitintervall mehrere Vergleichs-Widerstandswerte ermitteln und aus diesen einen Vergleichs-Mittelwert des Widerstandswerts des Glühstifts/Flammwächters bestimmen. Mit diesem Vergleichs-Mittelwert wird der aktuelle Widerstandswert des Glühstifts/Flammwächters verglichen. Bei einer Überschreitung einer vorbestimmten Differenz zwischen Vergleichs-Mittelwert und aktuellem Messwert, wenn also der aktuelle Wert einen bestimmten Betrag unter diesem Mittelwert liegt, zeigt das Steuergerät eine Flamme-Aus-Situation an. Bei dieser besonderen Art der Flammerkennung mit Hilfe der erfindungsgemäßen Mittelwertbildung von Messgrößen werden insbesondere umweltbedingte Änderungen der Temperatur oder andere Störgrößen berücksichtigt, die sich über einen längeren Zeitraum auswirken. Diese Störgrößen fließen in den Vergleichs-Mittelwert ein und werden dort sozusagen gespeichert. Die nachfolgende aktuelle Messung, die ebenfalls mit diesem „Fehler" aufgrund der Störgröße behaftet ist, wird dann mit dem Vergleichs-Mittelwert verglichen. In der Summe heben sich die beiden „Fehler" auf und führen zu einem für die Flammerkennung richtigen Flamme-Aus- oder Flamme-Ein-Signal.

Ferner kann die erfindungsgemäße Mittelwertbildung derart weitergebildet sein, dass das Steuergerät in einem aktuellen Zeitintervall mehrere aktuelle Widerstandswerte ermitteln und aus diesen einen aktuellen Mittelwert des Widerstandswerts des Glühstifts/Flammwächters bestimmten kann. Diese Art der Messung gleicht insbesondere kurzzeitige Störgrößen aus. Sie wirkt sich insbesondere bei Schwankungen der Versorgungsspannung des Heizgerätes positiv aus, die, wie oben erläutert worden ist, ebenfalls zu Fehlmessungen führen können.

Das Vergleichs-Zeitintervall wird vorteilhaft gegenüber dem Zeitpunkt bzw. dem Zeitintervall des aktuellen Widerstandswerts um eine vorbestimmte, insbesondere konstante Zeitdauer in der Vergangenheit gewählt. Dieses Vorgehen führt zu einer gleitenden Mittelwertbildung. Durch die gleitende Mittelwertbildung wird das Messverfahren selbsttätig und regelmäßig an Schwankungen oder Störgrößen angepasst, die sich über einen langen Zeitraum auswirken. So kann durch diese Art der Mittelwertbildung z.B. eine langsam ansteigende Umgebungstemperatur des Heizgerätes besonders gut berücksichtigt werden.

Das Vergleichs-Zeitintervall kann überlappend mit dem Zeitintervall der aktuellen Messwertbestimmung gewählt sein, so dass für die gesamte aktuelle Messwert- und Vergleichs-Messwert-Ermittlung in Summe nur ein sehr kurzes Zeitintervall verstreicht. Alternativ oder zusätzlich kann das Vergleichs-Zeitintervall insgesamt vor dem aktuellen Zeitintervall liegen. Dies führt zu einem eindeutig rückschauenden Vergleich, ohne dass sich Überschneidungen zwischen Messwert und Vergleichswert ergeben können. Solche Überschneidungen könnten sich bei bestimmten Betriebszuständen und/oder Umgebungsverhältnissen negativ auf die Messgenauigkeit auswirken.

Kurzbeschreibung der Zeichnung
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizgeräts anhand der beigefügten schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1 ein Diagramm eines zeitlichen Verlaufs eines Widerstandswerts, gemessen an einem Glühstift/Flammwächter eines erfindungsgemäßen Heizgeräts.
Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist der Verlauf über der Zeit t eines Widerstands-Messwerts R_FW eines Glühstifts/Flammwächters dargestellt, wie er von einem betrieblich mit dem Glühwächter/Flammwächter gekoppelten Steuergerät ermittelt wird.
Der Widerstandswert schwankt in einem geringen Maße aufgrund von Störgrößen, wie beispielsweise einer veränderten Versorgungsspannung des Heizgeräts und insbesondere des Glühstifts/Flammwächters.
Vom Steuergerät wird in bestimmten Zeitabständen der aktuelle Widerstandswert R_FW_aktuell als einzelner Messwert ermittelt. Zugleich wird vom Steuergerät über ein Zeitintervall t(R_FW_Mittel) ein Mittelwert R_FW_Mittel aus allen in diesem Zeitintervall bestimmten ehemals aktuellen Widerstandswerten gebildet. Das Zeitintervall t(R_FW_Mittel) ist durch eine vorbestimmte Länge und eine vorbestimmten konstante Zeitdauer Δt vor einem aktuellen Zeitintervall t(R_FW_aktuell) festgelegt. Der Mittelwert R_FW_Mittel ist daher ein gleitender Mittelwert, der dem aktuellen Zeitintervall t(R_FW_aktuell) in konstantem Abstand folgt.
Um einen Flammabriss an einem Brenner des Heizgeräts mit Hilfe des Glühstifts/Flammwächters und des damit gekoppelten Steuergeräts sicher zu erkennen ist eine zulässige Widerstandsänderung ΔR_zul des Glühstifts/Flammwächters definiert. Diese zulässige Widerstandsänderung ΔR_zul ist auf den gleitenden Mittelwert R_FW_Mittel des Widerstandswerts während des Zeitintervalls t(R_FW_Mittel) bezogen.
Bei bekannten Verfahren der Flammerkennung ist die zulässige Widerstandsänderung auf einen Schwellenwert bezogen, der von vorn herein festgelegt ist, oder allenfalls durch eine experimentell ermittelte, vorbestimmte Schwellenwertfunktion definiert ist.
Erfindungsgemäß ist die zulässige Widerstandsänderung hingegen auf einen Mittelwert, nämlich R_FW_Mittel, bezogen, der durch die in der unmittelbaren Vergangenheit des Heizbetriebes herrschenden Einflüsse und Umgebungsbedingungen geprägt ist. In diesen Mittelwert R_FW_Mittel fließen daher auch Störgrößen und Veränderungen ein, welche die Messungen am Glühstift/Flammwächter beeinflussen.
Erfindungsgemäß wird ferner ein Mittelwert R_FW_aktuell der aktuell gemessenen Widerstandswerte ermittelt. Dies geschieht während des Zeitintervalls t(R_FW_aktuell), das unmittelbar dem aktuellen Zeitwert vorausgeht und wesentlich kürzer als das Zeitintervall (t(R_FW_Mittel) gewählt ist. Während das Zeitintervall t(R_FW_Mittel) eine Zeitspanne von beispielsweise 23 Zeiteinheiten umfasst, beträgt die Dauer des Zeitintervalls t(R_FW_aktuell) lediglich eine Zeiteinheit. Vorteilhaft beträgt das Verhältnis zwischen t(R_FW_Mittel) und t(R_FW_aktuell) 15 zu 1 bis 30 zu 1. Besonders bevorzugt wird ein Verhältnis von 20 zu 1 bis 25 zu 1.
Der aktuelle Mittelwert R_FW_aktuell wird nachfolgend mit dem Mittelwert R_FW_Mittel verglichen. Dabei wird geprüft, ob der aktuelle Mittelwert R_FW_aktuell vom Vergleichs-Mittelwert R_FW_Mittel mehr als eine vorbestimmte zulässige Widerstandsänderung ΔR_zul abweicht. Wenn die ermittelte Differenz größer als die zulässige Widerstandsänderung ΔR_zul ist, wird eine Flamme-Aus-Situation erkannt.
Im dargestellten Fall ist der Wert ΔR = R_FW_aktuell – R_FW_Mittel größer als ΔR_zul. Es ist also eine Grenzwertüberschreitung eingetreten und vom Steuergerät wird daher das Flamme-Aus-Signal generiert.
Die beschriebene Vorgehensweise führt zu einer Erkennung einer Flamme-Aus-Situation, die gegenüber Störungen erheblich weniger anfällig ist. Ferner können mit der Vergleichsmessung auf der Grundlage des gleitenden Mittelwerts R_FW_Mittel und ferner des aktuellen Mittelwerts R_FW_aktuell Flammabrisse deutlich schneller erkannt werden, als es mit einer vordefinierten absoluten Schwelle möglich wäre.

t: Achse: Zeit
t(R_FW_aktuell): Zeitintervall der aktuellen Mittelwertbildung
t(R_FW_Mittel): Zeitintervall der Vergleichs-Mittelwertbildung
Δt: Zeitspanne zwischen dem Zeitintervall der aktuellen Mittel
: wertbildung und dem Zeitintervall der Vergleichs-
: Mittelwertbildung
R_FW: Achse: Widerstandswert eines Glühstifts/Flammwächters
R_FW_aktuell: aktueller Mittelwert
R_FW_Mittel: Vergleichs-Mittelwert
ΔR: Abweichung zwischen dem aktuellen Mittelwert und dem Ver
: gleichs-Mittelwert
ΔR_zul: zulässige Abweichung bzw. Widerstandsänderung

Claims

Heizgerät mit einem Glühstift/Flammwächter sowie mit einem Steuergerät, das mit dem Glühstift/Flammwächter betrieblich gekoppelt und dazu eingerichtet ist, einen aktuellen Widerstandswert des Glühstifts/Flammwächters zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, dass es einen Mittelwert (R_FW_aktuell, R_FW_Mittel) des Widerstandswerts des Glühstifts/Flammwächters in einem Zeitintervall (t(R_FW_aktuell), (t(R_FW_Mittel)) bestimmt und auf der Grundlage des Mittelwerts (R_FW_aktuell, R_FW_Mittel) des Widerstandswerts des Glühstifts/Flammwächters ein Flamme-Aus-Signal generiert.
Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, dass es in einem Vergleichs-Zeitintervall (t(R_FW_Mittel)) mehrere Vergleichs-Widerstandswerte ermittelt und aus diesen einen Vergleichs-Mittelwert (R_FW_Mittel) des Widerstandswerts des Glühstifts/Flammwächters bestimmt.
Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, dass es in einem aktuellen Zeitintervall (t(R_FW_aktuell)) mehrere aktuelle Widerstandswerte ermittelt und aus diesen einen aktuellen Mittelwert (R_FW_aktuell) des Widerstandswerts des Glühstifts/Flammwächters bestimmt.
Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, dass es das Vergleichs-Zeitintervall (t(R_FW_aktuell)) gegenüber dem Zeitpunkt bzw. dem Zeitintervall (t(R_FW_Mittel)) des aktuellen Widerstandswerts (R_FW_aktuell) um eine vorbestimmte, insbesondere konstante Zeitdauer (Δt) in der Vergangenheit wählt.
Heizgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, dass es das Vergleichs-Zeitintervall (t(R_FW_Mittel)) insgesamt vor dem aktuellen Zeitintervall (t(R_FW_aktuell)) wählt.
Verwendung eines Heizgeräts nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einem Fahrzeug.
Verfahren zur Flammüberwachung beim Betrieb eines Heizgeräts mit einem Glühstift/Flammwächter sowie mit einem Steuergerät, das mit dem Glühstift/Flammwächter betrieblich gekoppelt ist, mit dem Schritt: – Ermitteln des aktuellen Widerstandswerts des Glühstifts/Flammwächters, gekennzeichnet durch die Schritte: – Bestimmen eines Mittelwerts (R_FW_aktuell, R_FW_Mittel) des Widerstandswerts des Glühstifts/Flammwächters in einem Zeitintervall (t(R_FW_aktuell), t(R_FW_Mittel)) und – Generieren eines Flamme-Aus-Signals auf der Grundlage des Mittelwerts (R_FW_aktuell, R_FW_Mittel) des Widerstandswerts des Glühstifts/Flammwächters in dem Zeitintervall (t(R_FW_aktuell), t(R_FW_Mittel)).
Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch den Schritt: – Bestimmen des Mittelwertes (R_FW_Mittel) in einem Zeitintervall (t(R_FW_Mittel)), das bezogen auf den Zeitpunkt bzw. das Zeitintervall (t(R_FW_aktuell)) des aktuellen Widerstandswerts (R_FW_aktuell) um eine vorbestimmte, insbesondere konstante Zeitdauer (Δt ) in der Vergangenheit liegt.