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Hintergrund
der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Heizgerät mit einem Glühstift/Flammwächter, bei
dem während
eines Glühstiftrampen-Zeitintervalls
die pro Zeiteinheit zugeführte
Energiemenge sukzessiv zu verändern,
insbesondere zu reduzieren ist, und mit einem Steuergerät, das mit
dem Glühstift/Flammwächter betrieblich
gekoppelt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, das mit
einem derartigen Heizgerät
versehen ist.
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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.
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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.
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Aus
DE 100 25 953 C2 ist ein Verfahren zum Ansteuern
eines Glühstifts
zum Zünden
eines Fahrzeugheizgeräts
bekannt, bei dem der Glühstift
zumindest während
der Endphase einer Vorglühphase mit
einer konstanten elektrischen Leistung angesteuert wird, die eine
für das
Fahrzeugheizgerät
typische Abstrahltemperatur des Glühstifts erzeugt. Am Ende der
ersten Vorglühphase
wird der Glühstift-Widerstand
gemessen und die an den Glühstift
angelegte Leistung durch Taktung auf einen konstanten Widerstand
in einer an die erste Vorglühphase
anschließenden
Zündphase
geregelt. Zu Beginn jeder weiteren folgenden Vorglühphase wird
der Glühstift
mit einer Spannung betrieben, bis ein vorgegebener Prozentsatz des
Werts des Widerstands des Glühstifts erreicht
ist, der in der vorausgehenden Vorglühphase als optimal ermittelt
wurde.
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Aus
DE 196 49 473 C2 ist ein Verfahren zum Überwachen
der Flamme in einem brennstoffbetriebenen Heizgerät bekannt,
bei dem der temperaturabhängige
Widerstand eines Glühstifts
gemessen und das Brennen einer Flamme in Abhängigkeit einer vorgegebenen
Widerstandsschwelle erkannt wird. Die Widerstandschwelle wird an
den Temperaturverlauf des Glühstift-Widerstands
angepasst. Die Glühstift- bzw.
Flammwächterauswertung
beginnt, nachdem der Glühbetrieb
des Glühstifts
beendet und die Flamme brennt.
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Bisher bekannte Verfahren der Flammüberwachung
mittels eines Glühstifts/Flammwächters weisen
den Nachteil auf, dass während
der Startphase, d.h. während
des Glühbetriebs
des Glühstifts
keine durchgängige Überwachung
der Flamme möglich ist.
Dieses Problem tritt insbesondere bei kleinen Heizgeräten bis
zu 5 kW Heizleistung auf. Durch einen Flammabriss während der
gegenwärtig
nicht überwachten
Startphase kann es teilweise zu extremen Qualmemissionen kommen.
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Zugrundeliegende
Aufgabe
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Fahrzeug mit einem Heizgerät
bereitzustellen, bei dem auch während
einer Startphase des Heizgerätes eine
durchgängige
Flammüberwachung
möglich
ist.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem
Heizgerät
der eingangs genannten Art gelöst, bei
dem mit dem Steuergerät
der Widerstandswert des Glühstiftes/Flammwächters während des
Glühstiftrampen-Zeitintervalls
ermittelt und mit einem Schwellenwert RGS verglichen
werden kann, und bei Unterschreiten des Schwellenwertes RGS ein Flamme-Aus-Signal generierbar ist.
Ferner ist die Aufgabe mit der Verwendung eines derartigen erfindungsgemäßen Heizgeräts bei einem
Fahrzeug gelöst.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass
während
der Startphase und damit während
des Glühstiftrampen-Zeitintervalls
die dem Glühstift/Flammwächter zugeführte elektrische
Leistung sukzessive verändert,
insbesondere reduziert wird und dass diese Veränderung bzw. Reduzierung zu
einer Änderung
des Widerstandswerts des Glühstifts/Flammwächters führt. Indem
man die Änderung des
Widerstandswerts aufgrund der dem Glühstift/Flammwächter zugeführten elektrischen
Leistung bei der Flammerkennung mittels eines Steuergeräts berücksichtigt,
kann erfindungsgemäß auch während des
Glühstiftrampen-Zeitintervalls
eine Flammerkennung sicher gewährleistet
werden. Dabei wird gemäß der Erfindung
ein entsprechend angepasster Schwellenwert verwendet, um ein Flamme-Aus-Signal
zu generieren.
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Die Erfindung kann grundsätzlich bei
einem Glühstiftrampen-Zeitintervall
zur Anwendung kommen, bei dem die dem Glühstift zugeführte elektrische
Leistung sukzessive reduziert und/oder erhöht wird. Die nachfolgende Erläuterung
ist hinsichtlich der zeitabhängigen
Veränderung
von Werten bzgl. einer Reduzierung und/oder einer Erhöhung mit
entsprechend angepassten Vorzeichen zu verstehen. Besonders geeignet
ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
und das zugehörige
Verfahren für
ein Glühstiftrampen-Zeitintervall,
bei dem die zugeführte
elektrische Leistung sukzessive reduziert wird.
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Erfindungsgemäß ist eine Flammüberwachung
während
einer Glühstiftrampe
möglich,
so dass auch in diesem Betriebszustand des Heizgerätes schnell
auf einen Flammabriss reagiert werden kann.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung ist der Schwellenwert RGS durch
eine Funktion als RGS = f(t) in Abhängigkeit
der Zeit über
das Glühstiftrampen-Zeitintervall
hinweg veränderlich.
Es wird bei dieser Weiterbildung also mit einem zeitabhängig veränderlichen
Schwellenwert gearbeitet, wodurch eine besonders genaue und schnelle
Flamme-Aus-Erkennung möglich
ist.
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Die genannte zeitabhängige Funktion
ist vorteilhaft zumindest in Abhängigkeit
des Widerstandswerts RAnfang des Glühstiftes
am Anfang des Glühstiftrampen-Zeitintervalls bestimmt.
Der Widerstandswert am Anfang eines Glühstiftrampen-Zeitintervalls bildet
sozusagen den Ausgangspunkt für
die nachfolgende Reduzierung bzw. Erhöhung, die durch eine entsprechende
Abschätzung
für die
weitere Betrachtung mit ausreichender Genauigkeit vorweggenommen
werden kann.
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Die Änderung des Widerstandswertes
kann auf einfache und zugleich ausreichend genaue Weise als ein
Verlauf, insbesondere ein linearer Verlauf, zwischen dem Widerstandswert
RAnfang des Glühstifts am Anfang und dem Widerstandswert
REnde des Glühstifts am Ende des Glühstiftrampen-Zeitintervalls
angenommen werden. Die genannte Funktion bestimmt sich dann als
RGS = f (t; RAnfang;
REnde), insbesondere als RGS = t · RAnfang – REnde) / tges, wobei
t die verstrichene Zeit und tges die Gesamtzeit
des Glühstiftrampen-Zeitintervalls
bedeutet.
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Um einen Schwellenwert für die Flamme-Aus-Erkennung
festzulegen, kann die letztgenannte Funktion vorteilhaft mit einem
Offset versehen sein, der den Bereich der gerade noch zulässigen Änderung
des Widerstandswertes festlegt. Eine darüber hinausgehende Änderung
des Widerstandswertes führt
dann zu einem entsprechenden Flamme-Aus-Signal.
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Der Offset kann als über das
gesamte Glühstiftrampen-Zeitintervall
gleich bleibender Offset, als ein so genannter Funktionsoffset y,
festgelegt werden. Die genannte Funktion ist dann als RGS =
f (t; RAnfang; REnde) – y, insbesondere
als RGS = t · RAnfang – REnde) / tges – Y, bestimmt.
Diese Funktion kann auf kostengünstige
Art in einem Steuergerät
realisiert und zum Bestimmen des Schwellenwerts verwendet werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann
als Offset je ein Offset A und B der funktionsbestimmenden Widerstandswerte
verwendet werden, derart, dass die Funktion als RGS =
f (t; A · RAnfang B · REnde),
insbesondere als RGS = t · (A · RAnfang – B · REnde) / tges, bestimmt ist.
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Die Änderung des Widerstandswerts
aufgrund der zugeführten
elektrischen Leistung kann darüber
hinaus bestimmt werden, indem der Widerstandswertes REnde des
Glühstiftes
am Ende im Glühstiftrampen-Zeitintervall
experimentell ermittelt und in Abhängigkeit des Widerstandswertes
RAnfang des Glühstiftes am Anfang als REnde
= f (RAnfang), insbesondere als REnde = x · RAnfang bestimmt wird.
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Diese Bestimmung kann in die genannte Funktion
einfließen,
so dass sie insgesamt als RGS = f (t; A · RAnfang B · REnde)
mit REnde = f (RAnfang),
insbesondere als RGS = t · (A · RAnfang – B · x · RAnfang) / tges, bestimmt
ist. Ein zeitabhängige
Festlegung des genannten Schwellenwerts auf der Grundlage dieser Funktion
und eine entsprechende vergleichende Überwachung des real auftretenden
Widerstandswerts des Glühstifts/Flammwächters führt zu einer besonders
sicheren Flammerkennung während
einer Glühphase
des Glühstifts/Flammwächters.
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Alternativ oder zusätzlich kann
bei der erfindungsgemäßen Flammüberwachung
eine Gradientenauswertung des Verlaufs des Widerstandswerts zur
Anwendung kommen, wobei wiederum der Einfluss der dem Glühstift/Flammwächter zugeführten elektrischen
Leistung während
des Überwachungsintervalls
berücksichtigt
wird.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Heizgeräts anhand
der beigefügten
schematischen Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 ein
Diagramm der Verläufe
eines erfindungsgemäßen Schwellenwerts
zur Flammerkennung über
der Zeit während
eines Glühstiftrampen- Zeitintervalls, sowie
je einen Verlauf eines Widerstandswerts eines Glühstifts über der Zeit bei Flamme-Ein
und bei Flamme-Aus.
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Detaillierte
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
ein Diagramm mit einer horizontalen X-Achse und einer vertikalen
Y-Achse dargestellt.
Auf der X-Achse ist der Verlauf über
der Zeit in der Einheit Sekunden (sec) aufgetragen. Die Y-Achse
veranschaulicht Widerstandswerte in der Einheit Milliohm (mΩ).
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Mit einer Linie bzw. Kurve 10 ist
in 1 der Verlauf eines
Widerstandswertes eines Glühstifts
an einem Brenner eines Heizgerätes
während
eines Glühstiftrampen-Zeitintervalls
(d.h. während
des Glühvorgangs)
bei einer Flamme-Ein-Situation
veranschaulicht. Eine Linie bzw. Kurve 20 zeigt den Verlauf
eines zeitlich veränderlichen
Schwellenwerts der auf der Grundlage einer Funktion RGS =
f(t) erfindungsgemäß ermittelt
wird. Eine Linie bzw. Kurve 30 zeigt schließlich den
Verlauf eines Widerstandswerts an dem Glühstift, bei Vorliegen einer
Flamme-Aus-Situation.
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Die Funktion RGS bestimmt
sich ausgehend von einem Widerstandswert RAnfang des
Glühstiftes am
Anfang des Glühstiftrampen-Zeitintervalls
von 1000 mΩ.
Nachfolgend wird ein linearer Verlauf zwischen dem Widerstandswert
RAnfang des Glühstifts am Anfang und dem Widerstandswert
REnde des Glühstifts am Ende des Glühstiftrampen-Zeitintervalls
angenommen. Der Widerstandswert REnde ist
experimentell mit etwas über
600 mΩ ermittelt
worden.
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Die sich ergebenden Funktion RGS = f (t; RAnfang;
REnde), insbesondere RGS =
t (RAnfang – REnde)
/ tges, wobei t die verstrichene Zeit und
tges die Gesamtzeit des Glühstiftrampen-Zeitintervalls
bedeutet, ist weiter mit einem Offset y von 200 mΩ belegt
worden, so dass der Verlauf der Linie 20 durch die Funktion
RGS = f (t; RAn fang, REnde) – y, insbesondere
RGS = t · (RAnfang – REnde / t bestimmt ist. Die)/tges – y, se
Funktion ist in einem Steuergerät
des Heizgerätes
nachgebildet und dient zum Bestimmen des zeitlich veränderlichen Schwellenwerts
bei der Flamme-Aus-Erkennung.
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Während
des Glühstiftrampen-Zeitintervalls wird
der tatsächliche
Verlauf des Widerstandswerts am Glühstift mit dem zeitlich veränderlichen
Schwellenwert gemäß der oben
genannten Funktion verglichen. Tritt eine Flamme-Aus-Situation ein,
so sinkt der tatsächliche
Widerstandswert unter den Schwellenwert, was in 1 beim Bezugszeichen 40 veranschaulicht
ist. Dieses Unterschreiten des Schwellenwerts wird vom Steuergerät des Heizgerätes erkannt und
das Heizgerät
entsprechend der vorliegenden Flamme-Aus-Situation gesteuert. Dabei
werden beispielsweise ein Ausblasen der Brennkammer, eine Veränderung
der Brennstoffförderung
und/oder ein erneutes Zünden
des Brennstoffs vom Steuergerät angeregt.
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Mit dieser Art der Flammerkennung
ist somit auch während
eines Glühstiftrampen-Zeitintervalls eine
schnelle Reaktion auf einen Flammabriss möglich.
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- 10
- Verlauf
eines Widerstandswertes bei einer Flamme-Ein-Situation
- 20
- Verlauf
eines Schwellenwerts gemäß RGS = f(t)
- 30
- Verlauf
eines Widerstandswerts bei einer Flamme-Aus-Situation
- 40
- Schnittpunkt
bei Unterschreiten des Schwellenwertes
- X-Achse
- Zeit
in Sekunden
- Y-Achse
- Widerstandswert
in Milliohm