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Die Erfindung betrifft ein Heizgerät mit einem Brenner,
an dem Brennstoff und Brennluft zugeführt und gemischt werden können, und
einer Steuereinrichtung zum Verändern
des dem Brenner zugeführten
Brennstoff-/Brennluftgemisches. Ferner betrifft die Erfindung ein
Fahrzeug mit einem derartigen Heizgerät.
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Heizgeräte der oben genannten Art werden insbesondere
in Kraftfahrzeugen eingebaut, um eine von einem Fahrzeugmotor unabhängige Beheizung des
Kraftfahrzeuges und/oder eine zusätzliche Beheizung bei geringer
Wärmeleistung
des Fahrzeugmotors zu ermöglichen.
Das Heizgerät
kann auch als Zuheizer arbeiten, mittels dem der Fahrzeugmotor in kurzer
Zeit auf Betriebstemperatur gebracht werden kann.
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Im Zusammenhang mit der Steuerung
eines solchen Heizgerätes
ist es aus der
DE
195 48 225 A1 bekannt, eine regelbare Brennstoffpumpe und/oder ein
regelbares Brennluftgebläse
vorzusehen und die Regelung dieser beiden Einrichtungen in Abhängigkeit
vom Luftdruck der Atmosphäre
durchzuführen.
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Aus
DE 199 29 891 A1 ist es bekannt, die Luftdichte
bzw. die Dichter der Atmosphäre
in der Umgebung eines Zusatzheizgerätes mittels Sensoren für die Lufttemperatur
sowie den Luftruck zu ermitteln. Ferner beschreibt die Druckschrift,
dass die Luftdichte bei der Steuerung des Zusatzheizgerätes indirekt
berücksichtigt
werden kann, indem die Sauerstoff- und/oder Kohlendioxid-Konzentration
der Verbrennungsgase des Heizgerätes
erfasst und eine Brennstoffpumpe und/oder ein Zuluftgebläse so gesteuert
werden, dass die Kohlendioxid-Konzentration in einem vorgegebenen
Bereich bleiben. Bei dieser Art der Steuerung eines Zusatzheizgerätes müssen Sensoren
vorgesehen sein, die zumindest den Sauerstoff- und/oder die Kohlendioxyd-Konzentration
der Verbrennungsgase ermitteln können.
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In
DE 199 06 285 A1 ist ein Zusatzheizgerät für mobile
Anwendungen beschrieben, bei dem eine Brennstoffzuführeinrichtung
oder eine Brennluftzuführeinrichtung
in Abhängigkeit
der Luftdichte der mit der Brennluftzuführeinrichtung zu fördernden
oder geförderten
Luft gesteuert wird. Die Luftdichte wird gemäß der
DE 199 06 285 A1 durch
Erfassung von Luftdruck und Lufttemperatur ermittelt. Hierzu sind am
Zusatzheizgerät
eigens anzuordnende und an eine Steuereinrichtung anzuschließende Sensoren erforderlich.
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Aus
DE 41 09 841 A1 ist eine Regelvorrichtung
für Gasbrenner
mit einem Gebläse
zum Zuführen
von Verbrennungsluft bekannt, bei dem ein Sollwertgeber für ein Gasregelventil
auch die Temperatur der Verbrennungsluft erfasst und den Sollwert
der Gaszuführtemperatur
abhängig
so steuert, dass mit steigender Temperatur der Verbrennungsluft
der Volumenanteil des Brenngases am Gesamtvolumen des Brenngas-Luft-Gemisches
abnimmt und umgekehrt.
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Aus
DE 199 24 329 A1 ist ein Heizgerät für ein Kraftfahrzeug
bekannt, bei dem mit einem Temperatursensor die Temperatur der der
Brennkammer zugeführten
Luft ermittelt wird und zum Zünden
bzw. Starten des Heizgerätes
in Abhängigkeit
der Temperatur der zugeführten
Luft ein entsprechend vorgesehener Startablauf ausgewählt und
ausgeführt
wird.
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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 bereitzustellen, bei dem das Verhältnis von
verbrennendem Brennstoff zu Brennluft auf einfache und zugleich
kostengünstige
Weise situationsbezogen verändert
und angepasst werden kann. Ziel ist es, einen möglichst schadstoffarmen und
verbrauchsarmen Betrieb des Heizgerätes zu gewährleisten.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem
oben genannten Heizgerät
gelöst,
bei dem eine Messeinrichtung vorgesehen ist, mit der auf die Temperatur
des dem Brenner zugeführten
Brennstoffs rückgeschlossen
werden kann, und die Steuereinrichtung dazu angepasst ist, dass
sie das Brennstoff-/Brennluftgemisch in Abhängigkeit der ermittelten Temperatur
des Brennstoffs verändern
kann.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass
die Temperatur des Brennstoffs der einem Brenner eines Heizgerätes zugeführt wird
eine besonders wichtige physikalische Größe ist, von der ausgehend einige
wichtige Informationen für
den Betrieb eines Heizgerätes
abgeleitet und ermittelt werden können.
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So verändert sich beispielsweise mit
der Temperatur des Brennstoffs dessen Viskosität. Seit längerer Zeit werden daher Anstrengungen
betrieben, dass der Brennstoff auf eine gleichmäßige Temperatur erwärmt und
dadurch temperaturabhängige Schwankungen
in der Viskosität
und im Strömungsverhalten
des Brennstoffs beseitigt werden. Ferner sind Dosiereinrichtungen
mit einem Kalibrierbereich für
flüssigen
Brennstoff einer Brenneinrichtung bekannt (siehe beispielsweise
DE 196 03 546 A1 ).
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Erfindungsgemäß ist hingegen ein völlig andersartiger
Weg gewählt
worden, indem eine Größe ermittelt
wird, mittels der auf die Temperatur des zugeführten Brennstoffs rückgeschlossen
und die Brennstoff- bzw. Brennluftförderung entsprechend angepasst
wird. Gemäß der Erfindung
dient also die Temperatur des Brennstoffs als wesentliche, wenn nicht
sogar einzige zusätzliche
Größe bei der
Festlegung eines Brennstoff-/Brennluftverhältnisses während des Betriebs des Heizgerätes.
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Besonders wichtig ist dabei, dass
erfindungsgemäß nicht
zwingend die eigentliche Temperatur des zugeführten Brennstoffs ermittelt
oder errechnet werden muss. Gemäß der Erfindung
reicht es aus, wenn der Zusammenhang zwischen der ermittelten physikalischen
Größe und der
tatsächlich vorliegenden
Temperatur des Brennstoffs berücksichtigt
ist oder wird.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung dient die Messeinrichtung zum Ermitteln der Außentemperatur
am Heizgerät,
und die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, dass sie von der
ermittelten Außentemperatur
auf die Temperatur des Brennstoffs rückschließen kann. Diese Art der Steuerung
des erfindungsgemäßen Heizgerätes bietet sich
immer dann an, wenn an dem zugehörigen
Fahrzeug bereits ein Sensor zum Ermitteln der Außentemperatur vorhanden ist
und dieser Sensor ohne großen
Aufwand für
die Steuerung des Heizgerätes nutzbar
gemacht werden kann. Die vorhandene Außentemperatur lässt insbesondere
nach einem längeren
Stillstand des erfindungsgemäßen Heizgerätes eine
genaue Aussage über
die Temperatur des Brennstoffs am Heizgerät zu, denn nach einem längeren Stillstand
entspricht in der Regel die Temperatur des Heizgerätes der
Außentemperatur.
Es kann aber auch vorteilhaft sein, dass außer der Temperatur auch die
Stillstandszeit des Fahrzeugs und unter Umständen weitere physikalische
Größen berücksichtigt
werden. So kann beispielsweise das bisher gefahrene Geschwindigkeits-
oder Drehzahlprofil von Fahrzeug oder Motor berücksichtigt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Heizgerät ist vorteilhaft
ein Anschluss für
einen Datenbus vorgesehen, mittels dem ein Messsignal eines Temperaturfühlers, insbesondere
eines Außentemperaturfühlers, eines
zugehörigen
Fahrzeugs der Steuereinrichtung des Heizgerätes bereitgestellt werden kann.
Auf diese Weise kann ein Anschluss für einen gesonderten Temperaturfühler zum
Ermitteln der Temperatur des Brennstoffs am Heizgerät entfallen.
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Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung ist vorteilhaft
dazu angepasst, für
alle Betriebszustände des
Heizgerätes
aufgrund der ermittelten Temperatur mindestens einen Korrekturwert
bzw. -faktor für
die Förderung
von Brennstoff- und/oder
Brennluft zu bestimmen. Diese Art der Anpassung des Betriebes des Heizgerätes mit
nur wenigen Korrekturwerten über alle
Betriebszustände
hinweg führt
zu einer besonders einfach zu programmierenden und zu überwachenden
Steuerung des erfindungsgemäßen Heizgerätes.
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Alternativ oder zusätzlich kann
für bestimmte Betriebszustände mindestens
ein betriebsabhängiger
Korrekturwert bzw. -faktor für
die Förderung
von Brennstoff- und/oder
Brennluft bestimmt werden. Auf diese Weise ist eine gezielte Anpassung
an Betriebszustände
oder Betriebsphasen möglich,
bei denen es sonst unter Umständen
zu einer verhältnismäßig schlechten
Verbrennung und einem erhöhten
Schadstoffausstoß kommen
würde.
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Die Anpassung an bestimmte Betriebszustände kann
vorteilhaft mittels einer Speichereinrichtung geschehen, in der
mindestens eine Kennfeldtabelle mit einer Zuordnung zwischen ermittelter
Temperatur und den Fördermengen
von Brennstoff- bzw. Brennluft abgelegt ist.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft,
wenn eine Recheneinrichtung vorgesehen ist, mittels der eine mathematische
Zuordnung zwischen ermittelter Temperatur und den Fördermengen
von Brennstoff- bzw. Brennluft ermittelt werden kann.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Heizgerätes näher erläutert.
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Detaillierte
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Ein erfindungsgemäßes Heizgerät ist mit einem Brenner versehen,
an dem mittels einer Brennstoffpumpe Brennstoff und mittels eines
Brennluftgebläses
Brennluft zugeführt
und gemischt werden können.
Mit der Brennstoffpumpe und dem Brennluftgebläse ist eine elektrische Steuereinrichtung
durch elektrische Leitungen betrieblich verbunden.
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Mit der Steuereinrichtung können die
von der Brennstoffpumpe und dem Brennluftgebläse pro Zeiteinheit geförderten
Mengen an Brennstoff bzw. Brennluft gesteuert werden.
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An dem Heizgerät ist mittels eines Datenbusses
ferner eine Messeinrichtung in Gestalt eines Außentemperatursensors angeschlossen,
mit der auf die Temperatur des dem Brenner zugeführten Brennstoffs rückgeschlossen
werden kann. Der Rückschluss
von der Außentemperatur
auf die Temperatur des Brennstoffs ist beispielsweise nach einem
länger andauernden
Stillstand des Fahrzeugs möglich.
Darüber
hinaus kann auf die Temperatur des Kraftstoffs rückgeschlossen werden, indem
insbesondere die Fahrdauer und gegebenenfalls der Verlauf der Motordrehzahl
eines Verbrennungsmotors des zugehörigen Fahrzeugs während des
Betriebs berücksichtigt wird.
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Dabei ist zu beachten, dass unter
Umständen
bei länger
andauerndem Betrieb des Verbrennungsmotors die Temperatur des Brennstoffs
im Vergleich zur Außentemperatur
ansteigt, weil in einen zugehörigen
Tank bzw. ein Reservoir erwärmter überschüssiger Brennstoff
aus dem Verbrennungsmotor zurückgefördert wird.
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Ferner ist die Steuereinrichtung
dazu angepasst, dass sie das Brennstoff-/Brennluftgemisch in Abhängigkeit
der ermittelten Temperatur verändern kann.
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Bei bekannten Heizgeräten wurden
bisher in einem Datensatz Parameter für eine zu fördernde Brennstoff- und Brennluftmenge
(Frequenz der Brennstoffpumpe bzw. Spannung des Brennluftgebläses) festgelegt,
die unabhängig
von äußerlichen Randbedingungen
für eine
Steuerung des Heizgerätes
verwendet wurden.
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Durch die festgelegten Parameter
sind insbesondere bei niedrigen Temperaturen durch die hohe Luftdichte
deutlich niedrigere CO2-Werte (höhere
Luftzahlen entsprechen einem magereren Betrieb) erreicht worden.
Dieser Umstand ist durch die aufgrund der gestiegenen Dichte ansteigende
Brennstoffmasse nicht vollständig
kompensiert worden. Es kann daher bei bekannten Heizgeräten zu einer
Verschlechterung des Brennbetriebes bis hin zu Flammabrissen kommen.
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Ein solcher Effekt wird durch Brennstoffe
verstärkt,
die in nordischen Ländern
teilweise verwendet werden und die eine geringere Dichte aufweisen. Darüber hinaus
verbrennen solche Brennstoffe aufgrund von Additiven beschleunigt,
was in Verbindung mit Pumpenstößen einer
Brennstoffpumpe zu einer ungleichmäßigen Verbrennung führen kann.
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Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
ist hingegen an ein Bus-System eines zugehörigen Fahrzeugs ein Außentemperatursensor
mit der Steuereinrichtung des Heizgerätes betrieblich gekoppelt.
Mit diesem Sensor wird der Steuereinrichtung der Wert der Außentemperatur
mitgeteilt. Die Steuereinrichtung kann mit Hilfe dieser Information das
am Brenner bereitgestellte Brennstoff-/Brennluftverhältnis (bzw.
die Luftzahl) beeinflussen, indem die Brennstoffpumpe und/oder das
Brennluftgebläse
entsprechend gesteuert werden. Mit anderen Worten können die
Drehzahl bzw. die Frequenz des Brennluftgebläses oder der Brennstoffpumpe
gezielt abgesenkt oder angehoben werden.
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Dieses Absenken oder Anheben kann
global mit Hilfe von Korrekturfaktoren für das Brennluftgebläse und die
Brennstoffpumpe für
alle Betriebszustände
des Heizgerätes
oder aber gezielt für
ausgewählte
Zustände
erfolgen (beispielsweise während einer
Startphase).
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Um dies zu ermöglichen ist in der Steuereinrichtung
eine Kennfeldtabelle mit Datensätzen
hinterlegt oder es werden während
des Betriebs der Steuereinrichtung mit Hilfe mathematischer Formeln
aus Eckdaten direkt in der Steuereinrichtung entsprechende Korrekturfaktoren
errechnet.
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Wesentlich ist bei der Ermittlung
der Korrekturfaktoren stets der Zusammenhang, der zwischen der Außentemperatur
und der zugehörigen
Temperatur des Brennstoffs besteht. Die bestehende Luftdichte beispielsweise
der Ansaugluft wird erfindungsgemäß hingegen nicht berücksichtigt
bzw. nur über
die Temperatur, nicht aber über
den Luftdruck erfasst. Auf diese Weise ist eine besonders einfache
und zugleich ausreichend genaue Steuerung des Heizgerätes gewährleistet.
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Die Temperatur des Brennstoffs hat
insbesondere auf dessen Viskosität
und damit auf sein Fließverhalten
einen großen
Einfluss. Daher können erfindungsgemäß nicht
nur Dichteunterschiede des Brennstoffs berücksichtigt werden, sondern
auch sein Fließverhalten
aufgrund einer unterschiedlichen Viskosität kann erfindungsgemäß besonders
leicht berücksichtigt
werden.
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Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird die Temperatur des Brennstoffs durch einen eigens
dafür vorgesehenen Temperatursensor
ermittelt. Ein solcher Temperatursensor kann beispielsweise an einem
Tank oder an einer Brennstoffleitung angeordnet sein. Darüber hinaus
kann durch Temperatursensoren, die an Bauteilen des Heizgerätes angebracht
sind, auf die Temperatur des Brennstoffs rückgeschlossen werden. Dabei
ist insbesondere eine kombinierte Auswertung der Messung an einem Glühstift/Flammwächter und einem
Kühlwasser-
bzw. Wärmeträger-Temperatursensor
zielführend.
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Eine unerwünschte Abmagerung der Verbrennung
kann durch die erfindungsgemäße Maßnahme hingegen
ganz oder zumindest teilweise kompensiert werden. Auf diese Weise
können
Flammabrisse oder Startproblem aufgrund von zu magerem Brennstoff-/Brennluftgemisch
vermindert bzw. vermieden werden.
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Darüber hinaus wird bei niedrigen
Temperaturen erfindungsgemäß die Batterie
durch die geringere Leistungsaufnahme des Brennluftgebläses entlastet.
So kann vermieden werden, dass die Batteriespannung stark absinkt.
Bei einer niedrigen Batteriespannung, wie sie bei Kälte oft
auftritt, müsste
sonst unter Umständen
die Heizleistung abgesenkt werden. Dies kann erfindungsgemäß entfallen.
Die Heizleistung kann also in einem Temperaturbereich, in dem sie
besonders benötigt
wird, auf vergleichsweise hohem Niveau aufrechterhalten werden.
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Die erfindungsgemäße Gestaltung des Heizgerätes führt insbesondere
zu einer Verbesserung des Kaltstart- und Verbrennungsverhaltens.
Darüber hinaus
wird die Performance des Heizgerätes
auf besonders einfache Weise besonders bei ungünstigen Randbedingungen (große Kälte, schwieriger
Brennstoff, schlechter Batterie-Ladezustand) verbessert. Zugleich
ist für
die Umsetzung der Erfindung an einem Heizgerät nur ein geringer Aufwand
erforderlich.