DE10244198B4 - Verfahren zum Betreiben eines Heizsystems für ein Fahrzeug und Heizsystem für ein Fahrzeug - Google Patents
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Abstract
– Abgas aus einem Heizgerät (12) in den Verbrennungsluftzuführbereich (28) einer Brennkraftmaschine (26) eingeleitet wird und
– eine Ansteuervorrichtung (40) zur Durchführung des Standheizungsbetriebs eine Stellanordnung (38) ansteuert und
– die Stellanordnung (38) die Brennkraftmaschine (26) in einen Grundzustand versetzt, in dem ein Durchströmen des Abgases durch die Brennkraftmaschine (26) hindurch zu deren Ausstoßbereich (30) möglich ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Heizsystems für ein Fahrzeug sowie ein Heizsystem für ein Fahrzeug.
- Aus der
DE 195 20 122 A1 ist ein Heizsystem für ein Fahrzeug bekannt, bei welchem die Verbrennungsabgase, welche in einem Heizbrenner bei der Verbrennung eines Luft-Kohlenwasserstoff-Gemisches erzeugt werden, in das Saugrohrsystem einer Brennkraftmaschine, d. h. den Verbrennungsluft-Zuführbereich für diese Brennkraftmaschine, eingespeist werden. Im Betrieb der Brennkraftmaschine besteht in diesem Verbrennungsluft-Zuführbereich ein Unterdruck, durch welchen automatisch die Verbrennungsabgase des Heizgerätes angesaugt und somit in die Brennkraftmaschine hinein, durch diese hindurch und in das Abgas-Nachbehandlungssystem derselben gleiten werden. Es ist somit bei diesem bekannten System nicht erforderlich, für das Heizgerät ein Gebläse oder dergleichen vorzusehen, um die Verbrennungsluft einzuspeisen. - Elementar ist bei diesem bekannten System, dass es in einen Heizbetriebszustand nur dann gebracht werden kann, wenn die Brennkraftmaschine im Betrieb ist, um den erforderlichen Unterdruck zu erzeugen und um sicherzustellen, dass die das Heizgerät verlassenden Verbrennungsabgase durch die Brennkraftmaschine hindurch zum Ausstoßbereich, d. h. auch zum Abgas-Nachbehandlungssystem derselben strömen können.
- Die
DE 196 30 012 C1 offenbart ein Antriebssystem mit einer Brennkraftmaschine und einer kraftstoffbetriebenen Heizeinrichtung, durch welche die in die Brennkraftmaschine einzuleitende Verbrennungsluft vorgewärmt werden kann. Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird dann, wenn die durch diese bereitgestellte Wärme zur Erwärmung des Fahrzeuginnenraums nicht ausreicht, das brennstoffbetriebene Heizgerät verstärkt betrieben, um durch Einleitung stärker erwärmter Verbrennungsluft in die Brennkraftmaschine eine entsprechend verbesserte Erwärmung im Kühlsystem derselben und somit auch einen stärkeren Wärmeübertrag auf die in den Fahrzeuginnenraum einzuleitende Luft zu erlangen. - Die
DE 100 39 948 A1 offenbart ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine ohne hierfür speziell ausgebildeten Anlasser. Bei diesem Verfahren werden die elektromagnetisch betätigbaren Einlassventile und Auslassventile zunächst in einen Öffnungszustand gebracht, so dass die Einlassseite und die Auslassseite der Zylinder miteinander in Verbindung stehen. Vermittels eines Luftfördergebläses wird dann Luft in die Zylinder eingeleitet, und durch Kraftstoffzumessung wird dann in den Zylindern ein zündfähiges Luft-Kraftstoff-Gemisch erzeugt, das zum geeigneten Zeitpunkt gezündet wird. - Die
DE 43 07 737 C2 offenbart ein Abgasreinigungssystem, bei welchem vermittels eines Luftgebläses die in Richtung einer Brennkraftmaschine geförderte Luft bzw. ein Teil derselben abgezweigt wird, über eine elektrisch betriebene Heizvorrichtung an der Brennkraftmaschine vorbei geleitet wird und in das Abgassystem eingespeist wird. Die Frischluft reagiert im Abgassystem und sorgt für eine verbesserte Abgasreinigung. - Die
DE 195 48 120 C2 offenbart ein Hybrid-Antriebssystem mit einem Elektromotor und einer Brennkraftmaschine mit zugeordnetem Starter/Generator. Im Betrieb der Brennkraftmaschine erzeugt der Generator die elektrische Energie, welche der Elektromotor zum Antreiben eines Fahrzeugs benötigt. In einer Startphase wird zunächst der Brennkraftmotor durch den Starter/Generator angetrieben, wobei durch eine im Luftansaugbereich angeordnete, brennstoffbetriebene Heizvorrichtung die Luft vorerwärmt wird und somit erwärmt in die Brennkraftmaschine gelangt. - Die
DE 101 24 794 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorgehensweise zum Anlassen einer nockenfreien Brennkraftmaschine. Auch hier werden elektromagnetisch verstellbare Einlassventile und Auslassventile zunächst geöffnet, um beim Andrehen der Brennkraftmaschine möglichst wenig Bewegungswiderstand für die in den Kolben sich auf- und abbewegenden Zylinder bereitzustellen. Bei Erreichen einer bestimmten Grenzdrehzahl wird dann der Ansteuerzustand der Ventile geändert, um durch taktweises Öffnen bzw. Schließen derselben in einen normalen Betriebszustand der Brennkraftmaschine übergehen zu können. - Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Heizsystems für ein Fahrzeug bereitzustellen bzw. ein aus der
DE 195 20 122 A1 bekanntes Heizsystem für ein Fahrzeug derart weiterzubilden, so dass es auch im Standheizmodus betrieben werden kann. - Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie ein Heizsystem für ein Fahrzeug, welches zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 ausgebildet ist.
- Bei der vorliegenden Erfindung wird also zur Durchführung eines Standheizbetriebs definiert dafür gesorgt, dass die Brennkraftmaschine in einen Zustand gelangt, in welchem eine Durchströmung derselben möglich ist. Es wird also dafür gesorgt, dass der Strömungsweg beispielsweise für Verbrennungsabgase, welche das Heizgerät verlassen, nicht versperrt ist und somit diese in das Abgas-Nachbehandlungssystem bzw. Auspuffsystem der Brennkraftmaschine gelangen können. Dies vereinfacht den Gesamtaufbau eines derartigen Systems und sorgt ggf. dafür, dass auch im Standheizbetriebsmodus die Verbrennungsabgase des Heizgerätes nachbehandelt werden können.
- Um die Brennkraftmaschine in den Grundzustand bringen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Stellanordnung ein Anlassersystem, vorzugsweise Starter-Generator-System, umfasst. Ein derartiges Anlassersystem wirkt allgemein auf die Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine ein, welche, zumindest bei verschiedenen Bautypen, über einen Keil- oder Zahnriemen mit einem Ventilantrieb in Verbindung steht, so dass durch entsprechende Einstellung der Drehlage der Kurbelwelle auch die Stellposition der Ventile beeinflusst werden kann und dafür gesorgt werden kann, dass zumindest in einem Zylinder gleichzeitig ein Einlassventil und ein Auslassventil offen sind. Selbstverständlich kann bei Systemen, bei welchen Einlassventile bzw. Auslassventile durch diesen zugeordnete Aktuatoren betrieben werden, die Stellanordnung auch derartige den Ventilen speziell zugeordnete Aktuatoren umfassen.
- Um dafür zu sorgen, dass insbesondere im Standheizbetriebszustand, in welchem im Verbrennungsluft-Zuführbereich der Brennkraftmaschine im Allgemeinen kein Unterdruck vorhanden sein wird, die das Heizgerät verlassenden Materialien in Richtung zum Ausstoßbereich der Brennkraftmaschine gelangen können, wird vorgeschlagen, dass der Verbrennungsluft-Zuführbereich der Brennkraftmaschine stromaufwärts der Einmündung einer Ausstoßleitung des Heizgerätes in diesen abschließbar ist. Es kann somit sichergestellt werden, dass beispielsweise die Verbrennungsabgase des Heizgerätes nicht über den Luftfilter der Brennkraftmaschine nach außen gelangen.
- Um auch im Standheizmodus dafür zu sorgen, dass für das Heizgerät ausreichend Verbrennungsluft zur Verfügung steht, wird vorgeschlagen, dass dem Heizgerät eine Verbrennungsluft-Förderanordnung zum Einspeisen von Verbrennungsluft in dieses zugeordnet ist. Dabei ist besonders vorteilhaft, wenn die Verbrennungsluft-Förderanordnung eine Pumpanordnung umfasst, wobei hier vorzugsweise vorgesehen sein kann, dass die Pumpanordnung in einem inaktiven Zustand eine Luftströmung durch diese hindurch unterbindet. Eine derartige Pumpanordnung, die beispielsweise als Hubkolbenpumpe oder Drehschieberpumpe ausgebildet sein kann, hat verschiedene vorteilhafte Effekte. Zum einen kann sichergestellt werden, dass im nicht aktivierten Zustand derselben, also auch einem Außerbetriebszustand des Heizgerätes, keine zusätzliche Verbrennungsluft in den Bereich der Brennkraftmaschine gelangen kann, die nicht über einen Luftfilter geleitet worden ist. Des Weiteren wird sichergestellt, dass bei aktivierter Brennkraftmaschine, d. h. vorhandenem Unterdruck an der Ausstoßseite des Heizgeräts, eine definierte Verbrennungsluftmenge in den Bereich der Brennkammer des Heizgerätes gelangt, die beispielsweise mit der Anzahl der Umdrehungen oder Hübe einer derartigen Pumpe pro Zeiteinheit zusammenhängt.
- Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung detailliert beschrieben, welche ein erfindungsgemäßes Heizsystem schematisch zeigt.
- Das Heizsystem
10 umfasst ein allgemein mit12 bezeichnetes Heizgerät, das wiederum als wesentliche Systembereiche einen Heizbrenner14 und einen Wärmetauscher16 umfasst. Der Heizbrenner14 kann als Verdampferbrenner oder als Zerstäuberbrenner ausgebildet sein und erhält über eine Brennstoff-Dosiereinrichtung18 , beispielsweise Dosierventil oder Dosierpumpe oder dergleichen, den zur Verbrennung erforderlichen flüssigen Kraftstoff. Die zur Verbrennung ebenfalls erforderliche Verbrennungsluft wird dem Brenner14 über ein Gebläse20 zugeführt, das aus nachfolgend noch detaillierter erläuterten Gründen als Verdrängungsförderanordnung ausgebildet ist, also beispielsweise als Drehschieberpumpe, als Hubkolbenpumpe oder dergleichen. Die Brennstoff-Dosiereinrichtung18 , das Gebläse20 und ein zum Starten des Verbrennungsvorgangs wirksames Zündorgan22 stehen unter der Ansteuerung einer Ansteuervorrichtung24 , die, wie durch einen Pfeil P1 angedeutet, verschiedene Parameter zur Einstellung des Betriebs des Heizgeräts12 empfängt. Diese Parameter können beispielsweise den Umgebungsluftdruck, die Umgebungstemperatur sowie die Kühlwassertemperatur einer schematisch angedeuteten Brennkraftmaschine26 umfassen. Dieser Brennkraftmaschine26 wird über einen Verbrennungsluft-Zuführbereich28 die zur Verbrennung mit dem in diese ebenfalls eingegebenen Kraftstoff erforderliche Verbrennungsluft zugeführt. Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase werden nach dem Ausstoß aus den einzelnen Zylindern in ein Abgas-Nachbehandlungssystem30 abgegeben. Der Verbrennungsluft-Zuführbereich28 kann in Zuordnung zu jedem einzelnen Zylinder32 beispielsweise ein so genanntes Saugrohr umfassen. Der Abgas-Nachbehandlungsbereich30 kann in an sich bekannter Weise einen zur Schadstoffanteilverringerung wirksamen Katalysator umfassen. In Zuordnung zur Brennkraftmaschine26 bzw. jedem Zylinder32 derselben sind in der Figur schematisch noch ein Einlassventil34 und ein Auslassventil36 dargestellt, die je nach Takt, geöffnet bzw. geschlossen sind. Es ist selbstverständlich, dass auch mehrere derartige Ventile jeweils in Zuordnung zu einem Zylinder vorgesehen sein können. Ferner ist in Zuordnung zur Brennkraftmaschine26 eine allgemein mit38 bezeichnete Stellanordnung dargestellt, die beispielsweise einen Anlasser, vorzugsweise Starter-Gernerator, umfassen kann und durch welche beispielsweise auf die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine26 eingewirkt werden kann, um diese zu drehen und somit beispielsweise die Brennkraftmaschine26 anzulassen. Nicht dargestellt sind Systembereiche, die dazu dienen, die Drehwinkellage der Kurbelwelle und somit den Zustand der verschiedenen Systemkomponenten der Brennkraftmaschine26 zu erfassen, wie sie bei derartigen Brennkraftmaschinen jedoch allgemein üblich sind. Diese Information über die Drehwinkellage werden insbesondere zum Steuern des Zündzeitpunkts, zum Steuern der Einspritzmenge und des Einspritzzeitpunkts in eine Ansteuervorrichtung40 für die Brennkraftmaschine eingegeben, um, selbstverständlich auch unter Berücksichtigung weiterer Parameter, den Betrieb der Brennkraftmaschine26 zu steuern. - Die Verbrennungsabgase bzw. sonstigen Reaktionserzeugnisse, welche das Heizgerät
12 bzw. den Brenner14 derselben verlassen, werden über eine Ausstoßleitung42 in den Verbrennungsluft-Zuführbereich28 , beispielsweise ein Saugrohr eingeleitet. Stromaufwärts dieser Einleitung ist in dem fraglichen Saugrohr bzw. dem Verbrennungsluft-Zuführbereich28 eine Abschließklappe44 vorgesehen, die durch eine entsprechende Stellanordnung so gestellt werden kann, dass sie den Verbrennungsluft-Zuführbereich28 bzw. das zugeordnete Saugrohr abschließen kann. - Nachfolgend wird der Betrieb des erfindungsgemäßen Heizsystems
10 beschrieben. - Es sei zunächst angenommen, dass das Heizgerät
12 im Standheizmodus betrieben werden soll. Dieser Betrieb findet also dann statt, wenn die Brennkraftmaschine26 nicht in Betrieb gesetzt ist und beispielsweise ein Fahrzeug vor der Inbetriebnahme vorerwärmt werden soll. Die Ansteuervorrichtung24 steuert hierzu das Gebläse20 , die Brennstoff-Dosiereinrichtung18 und und das Zündorgan22 an, um den Brenner14 in Betrieb zu setzen. Ferner wird dafür gesorgt, dass durch die Klappe44 der Verbrennungsluft-Zuführbereich28 , in welchen die Ausstoßleitung42 einmündet, abgeschlossen wird, so dass verhindert werden kann, dass die im Brenner14 erzeugten Reaktionsprodukte über den Luftfilter der Brennkraftmaschine26 nach außen austreten. Ferner wird durch die Ansteuervorrichtung40 der Brennkraftmaschine26 die Stellanordnung38 aktiviert, um durch Einwirkung auf die Brennkraftmaschine26 dafür zu sorgen, dass sowohl das Einlassventil34 als auch das Auslassventil36 in einem teilweise offenen Zustand ist. Es besteht somit eine Verbindung zwischen dem Verbrennungsluft-Zuführbereich28 , in welchen die Ausstoßleitung42 einmündet, und dem Abgas-Nachbehandlungsbereich30 über die Brennkraftmaschine26 bzw. den oder die Zylinder32 derselben hinweg. Die in dem Heizgerät12 erzeugten warmen Verbrennungsprodukte gelangen somit über die Ausstoßleitung42 und den Verbrennungsluft-Zuführbereich28 durch zumindest einen Zylinder32 der Brennkraftmaschine26 hindurch zum Abgas-Nachbehandlungssystem30 . Daraus ergeben sich ver schiedene Vorteile. Zum einen werden neben der an sich gewünschten Funktion der Erwärmung eines Fahrzeuginnenraums auch verschiedene Systembereiche der Brennkraftmaschine26 , z. B. Zylinderkopf, und insbesondere auch das dieser zugeordnete Abgas-Nachbehandlungssystem30 vorerwärmt, so dass bei Aufnahme des Betriebs der Brennkraftmaschine26 durch diese bereits deutlich weniger Schadstoffe nach außen abgegeben werden. Des Weiteren ist für das Heizgerät12 kein eigenes Abgasnachbehandlungssystem oder dergleichen erforderlich. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn möglicherweise vorhandene thermisch vergleichsweise gut isolierte und massearme Startkatalysatoren durch die Verbrennungserzeugnisse des Heizgeräts12 vorerwärmt werden, so dass auch die Verbrennungsabgase des Brenners14 umgesetzt und somit weniger Schadstoffe freigesetzt werden. - Bei Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine
26 kann das Heizgerät12 dann weiterhin als Zuheizer wirksam sein, wobei aufgrund der Tatsache, dass im Verbrennungsluft-Zuführbereich28 ein Unterdruck vorhanden ist, weiterhin zuverlässig dafür gesorgt wird, dass auch bei geöffneter Klappe44 die Verbrennungsabgase des Heizgeräts12 in das Abgas-Nachbehandlungssystem30 der Brennkraftmaschine26 gelangen. Die vorangehend bereits angesprochene Ausgestaltung des Gebläses20 als Verdränger hat den Vorteil, dass bei jedem Arbeitstakt, beispielsweise bei jeder Umdrehung eines Drehschiebers oder dergleichen, unabhängig von dem ausstoßseitig dann vorhandenen Unterdruck ein definiertes Verbrennungsluftvolumen in den Brenner14 eingespeist wird. In einem Zustand, in dem das Heizgerät12 überhaupt nicht aktiviert sein soll, wird durch das Gebläse20 , welches dann ebenfalls nicht aktiviert ist, ein im Wesentlichen luftdichter Abschluss erlangt, so dass die der Brennkraftmaschine26 zugeführte Verbrennungsluftmenge nicht durch irgendwelche Bypassströmungen beeinträchtigt ist. Im Betrieb des Heizgeräts12 besteht durch den im Verbrennungsluft-Zuführbereich28 vorhandenen Unterdruck eine Beeinflussung lediglich dahingehend, dass die Luftdichte, einhergehend mit der Änderung des Drucks, sich verändern wird. Auch die Temperatur spielt hierbei eine Rolle. Insbesondere dann, wenn in der An steuervorrichtung40 der Brennkraftmaschine26 Information über den Druck im Verbrennungsluft-Zuführbereich28 , über den Umbegungsdruck, die Umgebungstemperatur und sonstige weitere Betriebsparameter vorliegen, kann durch die zwischen den Ansteuervorrichtungen40 und24 vorhandene Kommunikation eine Einwirkung auf die Ansteuerung des Gebläses20 genommen werden, um derartige Dichteschwankungen durch entsprechende Beeinflussung der geförderten Luftmenge kompensieren zu können. Andererseits ist es möglich, unter Berücksichtigung der Ansteuermaßnahmen, die im Bereich des Heizgeräts12 vorliegen, vermittels der Ansteuervorrichtung40 die verschiedenen ansteuerungstechnisch beeinflussten Systembereiche der Brennkraftmaschine26 so anzusteuern, dass auch der Betrieb der Brennkraftmaschine26 unter Berücksichtigung der über die Ausstoßleitung42 in den Verbrennungsluft-Zuführbereich28 eingespeisten Gase bzw. Abgase optimiert vorgenommen werden kann. So ist beispielsweise eine Beeinflussung der Einspritzmenge, des Einspritzbeginns, des Zündzeitpunkts, der Ventilstellung und dergleichen möglich. - Durch die vorliegende Erfindung ist ein Heizsystem
10 vorgesehen, bei welchem für das Heizgerät12 derselben, obgleich die Verbrennungserzeugnisse desselben in den Verbrennungsluft-Zuführbereich einer Brennkraftmaschine26 eingeleitet werden, ein Standheizbetrieb möglich ist. Wesentlich hierfür ist, dass unter Ausnutzung des grundsätzlich bekannten Betriebszustands bzw. der momentanen Positionierung verschiedener Komponenten der Brennkraftmaschine26 dafür gesorgt werden kann, dass diese in einen Zustand gelangt, in welchem eine Durchströmung derselben mit den Verbrennungsabgasen des Heizgeräts12 möglich ist. Dies kann nicht nur, wie vorangehend beschrieben, durch Einwirkung auf die Kurbelwelle und somit über einen entsprechenden Antrieb auch die Nockenwelle bzw. Ventile der Brennkraftmaschine26 erfolgen, sondern kann, bei entsprechender Ausgestaltung, auch direkt durch Aktivierung entsprechender Ventilaktuatoren geschehen.
Claims (10)
- Verfahren zum Betreiben eines Heizsystems für ein Fahrzeug im Standheizungsbetrieb bei dem – Abgas aus einem Heizgerät (
12 ) in den Verbrennungsluftzuführbereich (28 ) einer Brennkraftmaschine (26 ) eingeleitet wird und – eine Ansteuervorrichtung (40 ) zur Durchführung des Standheizungsbetriebs eine Stellanordnung (38 ) ansteuert und – die Stellanordnung (38 ) die Brennkraftmaschine (26 ) in einen Grundzustand versetzt, in dem ein Durchströmen des Abgases durch die Brennkraftmaschine (26 ) hindurch zu deren Ausstoßbereich (30 ) möglich ist. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Standheizbetrieb der Verbrennungsluft-Zuführbereich (
28 ) der Brennkraftmaschine (26 ) stromaufwärts der Einmündung einer Ausstoßleitung (42 ) des Heizgerätes (12 ) abgeschlossen wird. - Heizsystem für ein Fahrzeug, welches für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 ausgebildet ist.
- Heizsystem nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch: – ein Heizgerät (
12 ), das ausstoßseitig mit einem Verbrennungsluft-Zuführbereich (28 ) einer Brennkraftmaschine (26 ) in Verbindung steht, – eine Stellanordnung (38 ), vermittels welcher die Brennkraftmaschine (26 ) in einen Grundzustand bringbar ist, in welchem der Verbrennungsluft-Zuführbereich (28 ) derselben in Verbindung steht mit einem Verbrennungsabgas-Ausstoßbereich (30 ) derselben, – eine Ansteuervorrichtung (40 ) für die Stellanordnung (38 ). - Heizsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellanordnung (
38 ) ein Anlassersystem, vorzugsweise Starter-Generator-System, umfasst. - Heizsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsluft-Zuführbereich (
28 ) der Brennkraftmaschine (26 ) stromaufwärts der Einmündung einer Ausstoßleitung (42 ) des Heizgerätes (12 ) in diesen abschließbar ist. - Heizsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Heizgerät (
12 ) eine Verbrennungsluft-Förderanordnung (20 ) zum Einspeisen von Verbrennungsluft in dieses zugeordnet ist. - Heizsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluft-Förderanordnung (
20 ) eine Pumpanordnung (20 ) umfasst. - Heizsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpanordnung (
20 ) in einem inaktiven Zustand eine Luftströmung durch diese hindurch unterbindet. - Heizsystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpanordnung (
20 ) eine Hubkolbenpume, eine Drehschieberpumpe oder dergleichen umfasst.
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