DE19524261A1 - Steuerung der Zündung eines Verdampfungsbrenners - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung der Zündung eines Verdampfungsbrenners eines insbesondere zur Innenraumbe­ heizung eines Kraftfahrzeuges dienenden Heizgerätes mit regel- bzw. steuerbarem Gebläse für Verbrennungsluft und Glühkerze zum Vorheizen des Verdampfers, welcher während des Vorheizens zur Entfernung eventueller Brennstoffrück­ stände bzw. -dämpfe durch das Gebläse belüftet wird.

Bei derzeit üblichen Verdampfungsbrennern wird in der Zündphase zunächst das Gebläse auf hohe Leistung ge­ steuert. Gleichzeitig heizt die Glühkerze den Verdampfer auf. Nach einer längeren Aufheizphase wird dann bei weiterhin mit hoher Leistung laufendem Gebläse Kraft­ stoff in den Verdampfer eingebracht und dort aufgrund der inzwischen erreichten hohen Temperatur des Ver­ dampfers entzündet. Danach kann die Glühkerze ausge­ schaltet werden, da nunmehr die entzündeten Flammen kontinuierlich weiterbrennen, solange hinreichend Brenn­ stoff und Luft zugeführt werden.

Aus der DE 40 30 384 C2 ist es bekannt, während der Zündphase des Verdampfungsbrenners die Glühkerze zu­ nächst in einer ersten Phase mit hoher Leistung und danach in einer zweiten und dritten Phase mit zunehmend verminderter Leistung zu betreiben. In der ersten Phase wird kurzzeitig Brennstoff in den Verdampfer eingebracht. Danach wird die Brennstoffzufuhr zunächst unterbrochen und erst in der dritten Phase wieder eingeschaltet. In der ersten Phase wird während der Brennstoffeinbringung oder -förderung kurzzeitig ein starker Luftstrom durch den Verdampfer geleitet. Während der zweiten Phase dann kurze Luftstöße mit schwächerer Leistung, und in der dritten Phase wird dann die Luftzufuhr für Dauer­ betrieb eingeschaltet und kontinuierlich erhöht.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine neue Steuerung für die Zündung eines Verdampfungsbrenners eines Heizgerätes zu schaffen, wobei insbesondere ein geringer Energiever­ brauch beim Betrieb der Glühkerze erzielt werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gebläse während der Vorheizphase bei eingeschalteter Glühkerze und noch stillstehender Brennstoffpumpe zunächst nur mit minimaler Leistung anläuft, daß dann die Brennstoffpumpe bei minimaler bzw. sehr geringer Gebläseleistung mit geringer Förderleistung zu laufen beginnt, und daß nach Zündung einer Flamme die Gebläse­ leistung unter verzögert nachfolgender Erhöhung der Förderleistung der Pumpe - vorzugsweise mehrfach - erhöht wird.

Dabei ist in besonders bevorzugter Weise vorgesehen, die Glühkerze mit hoher Leistung arbeiten zu lassen bzw. eine Glühkerze mit hoher elektrischer Leistung zu verwenden.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, während der Vorheizphase die Luftzufuhr zum Verdampfungs­ brenner soweit als möglich einzuschränken bzw. ganz zu unterlassen, um eine in dieser Phase unerwünschte Kühlung der Glühkerze zu vermeiden. Das gleichwohl, wenn auch mit minimaler Leistung, laufende Gebläse soll im Bedarfsfall nur noch sicherstellen, daß der Verdampfungsbrenner von Brennstoffrückständen und -dämpfen befreit wird, die unter ungünstigen Betriebsbedingungen - etwa wenn das Heizgerät in an sich unsachgemäßer Weise mehrfach kurz hintereinander an- und ausgestellt wurde - eventuell auf­ treten könnten. Durch die Entfernung dieser Rückstände und Dämpfe wird eine unkontrollierte Zündung vermieden. Gleichzeitig nutzt die Erfindung die an sich über­ raschende Erkenntnis, daß ein minimaler Betrieb des Gebläses zum Freiblasen des Verdampfungsbrenners aus­ reicht.

Da bei der Erfindung die Glühkerze in der Vorheizphase in ihrer Heizwirkung weder durch einen übermäßig kühlen­ den Luftstrom noch durch ebenfalls kühlend wirkende Brennstoffreste oder -dämpfe nennenswert beeinträchtigt wird, kann die Glühkerze und die Zündzone des Verdamp­ fungsbrenners schnell aufgeheizt werden. Wenn dabei die Glühkerze mit hoher Leistung arbeitet, erfolgt die Wärmezufuhr durch die Glühkerze deutlich schneller als der Wärmetransport innerhalb des Verdampfungsbrenners, mit der Folge, daß in der Umgebung der Glühkerze sehr schnell zur Zündung von Brennstoff ausreichende Tempe­ raturen erreicht werden, während der Verdampfungsbrenner im übrigen noch kühler bleibt. Damit läßt sich die er­ wünschte Wirkung erreichen, daß bei der nachfolgenden Zufuhr einer geringen Brennstoffmenge bei zunächst noch minimaler Gebläseleistung in der Umgebung der Glühkerze eine kleinere Flamme gezündet wird, die dann ihrerseits den Verdampfungsbrenner zunehmend erhitzt, ohne daß dazu noch ein weiterer Betrieb der Glühkerze notwendig wäre.

Auf diese Weise läßt sich der während der Zündphase not­ wendige gesamte Energieverbrauch der Glühkerze deutlich vermindern. Es muß lediglich gewährleistet werden, daß für die Glühkerze eine Energieversorgung vorhanden ist, die kurzzeitig eine hohe Leistungszufuhr ermöglicht.

Derartiges ist mit heutigen Batterien ohne weiteres mög­ lich.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist für die Vorheizphase je nach Umgebungstemperatur ein kürzerer oder - bei tiefen Umgebungstemperaturen - längerer Zeit­ raum vorgesehen. Auf diese Weise kann bei "gemäßigten" Wintertemperaturen erheblich elektrische Energie während des Starts eines Heizgerätes gespart werden.

Des weiteren ist es zweckmäßig, bei der Länge der Vor­ heizphase auch die Art des jeweils verwendeten Brenn­ stoffes zu berücksichtigen. Während "normale" Diesel­ kraftstoffe regelmäßig Komponenten enthalten, die schon bei relativ geringer Temperatur verdampfen, haben Ersatz­ brennstoffe auf pflanzlicher Basis - typischerweise handelt es sich dabei um Pflanzenmethylester - höhere Verdampfungstemperaturen, so daß eine etwas längere Vor­ heizphase notwendig wird. Durch eine Umschaltbarkeit des Heizgerätes auf unterschiedliche Brennstoffqualitäten läßt sich dann gewährleisten, daß in der Vorheizphase mit dem jeweils geringst möglichen Energiebedarf gear­ beitet wird.

Soweit ein Fahrzeugmotor durch Betätigung eines Schalters auf unterschiedliche Brennstoffqualitäten umgeschaltet wird, kann gegebenenfalls durch diesen Schalter auch das Heizgerät entsprechend umgesteuert werden.

Nachfolgend wir die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigt

Fig. 1 ein schematisiertes Schnittbild eines Heiz­ gerätes mit Verdampfungsbrenner und

Fig. 2 ein Diagramm, welches die erfindungsgemäße Steuerung bei der Zündung des Heizgerätes wiedergibt.

Das Heizgerät der Fig. 1 besitzt in grundsätzlich be­ kannter Weise eine Brennkammer 1, der über eine Dosier­ pumpe 2 Brennstoff und über ein Gebläse 3 Verbrennungs­ luft steuerbar zuführbar ist. Die Wandungen der Brenn­ kammer 1 bzw. Wandungsbereiche derselben sind durch ein Drahtvlies überdeckt bzw. aus derartigem Material ausge­ bildet, welches zugeführten Brennstoff nach Art eines Dochtes aufnimmt, wobei dann der von diesem Drahtvlies abdampfende Brennstoff unter Luftzuführung selbsttätig abbrennt.

Seitlich an der Brennkammer 1 ist ein radialer Sack­ raum 1′ angeordnet, in dem eine Glühkerze 1′′ unterge­ bracht ist, welche in weiter unten dargestellter Weise zur Zündung des Brennstoffes dient, der vorzugsweise über den Sackraum 1′ bzw. die Umgebung der Glühkerze 1′′ zur Brennkammer 1 geleitet wird.

An die Brennkammer 1 schließt ein Wärmetauscher 4 an, welcher einen von den aus der Brennkammer 1 austretenden Verbrennungsgasen durchströmten Gasraum 5 sowie einen von einem hydraulischen Wärmeträgermedium, in der Regel Wasser, durchsetzten Hydraulikraum 6 aufweist, der gegen­ über dem Gasraum 5 durch einen Gasmantel 7 und nach außen durch einen Wassermantel 8 abgeschlossen ist. Die Verbrennungsgase treten in den Gasraum 5 über ein aus­ gangsseitig an der Brennkammer 1 angeordnetes Flammrohr 9 ein und werden am von der Brennkammer 1 abgewandten geschlossenen Ende des Gasraumes 5 umgelenkt, so daß sie über eine Abgasleitung 10 und einen nicht dargestell­ ten Abgasschalldämpfer nach außen abgeleitet werden können, nachdem sie an der Wandung des Gasmantels 7 unter Übertragung von Wärme auf das hydraulische Wärme­ trägermedium entlanggeströmt sind.

Der Hydraulikraum 6 wird vom hydraulischen Wärmeträger­ medium, welches durch entsprechende Führungsstege auf der Außenseite des Gasmantels 7 geführt wird, schraubenförmig von einem Eingang 11 zu einem Ausgang 12 hin in einem Kreislauf durchströmt, der über ein oder mehrere Heiz­ körper (nicht dargestellt) und/oder über den Kühlkreis­ lauf eines Kraftfahrzeugmotors führt.

Gegebenenfalls kann anstelle des hydraulischen Wärme­ trägermediums auch direkt Luft aufgeheizt werden, die zu diesem Zweck mittels eines gesonderten Gebläses über die Außenseite des Gasmantels 7 geführt wird.

Die Fig. 2 zeigt nun die Steuerung während der Zünd­ phase des Verdampfungsbrenners.

Im Diagramm A ist die Leistung P des Gebläses 3 in Ab­ hängigkeit von der Zeit t aufgetragen.

Im Diagramm B wird die Förderleistung Q der Dosier­ pumpe 2 in Abhängigkeit von der Zeit t wiedergegeben.

Das Diagramm C zeigt das Auftreten eines Signales S zur Flammenerkennung in Abhängigkeit von der Zeit t.

Das Diagramm D zeigt, mit welcher elektrischen Leistung W die Glühkerze in Abhängigkeit von der Zeit t beaufschlagt wird.

Das Heizgerät möge nun zu einem Zeitpunkt t₀ eingeschal­ tet werden.

Damit schaltet die Steuerung des Heizgerätes das Gebläse 3 auf eine sehr geringe Leistung P₁, welche im wesentlichen gerade ausreichend ist, um die Brennkammer 1 von eventuellen Brennstoffrückständen oder -dämpfen freizuhalten.

Gleichzeitig oder mit geringer Zeitverzögerung wird die Glühkerze 1′′ auf eine hohe Leistung W_h eingeschaltet.

Gemäß einer Alternative kann auch zum Zeitpunkt t₀ nur die Glühkerze 1′′ eingeschaltet werden, das Gebläse 3 wird dann mit Verzögerung zum Zeitpunkt t₀₁ angefahren.

Die Dosierpumpe 2 bleibt zunächst ausgeschaltet. Nun­ mehr wird also die Brennkammer 1 bzw. der Sackraum 1′ durch die Glühkerze 1′′ vorgeheizt. Zu einem Zeitpunkt t₁, der in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur derart gewählt wird, daß die Glühkerze 1′′ zumindest einen kleinen Bereich des Sackraumes 1′ bzw. der Brennkammer 1 auf eine hinreichend hohe Temperatur zu bringen vermag, wird die Dosierpumpe 2 eingeschaltet und auf eine geringe Förderleistung Q₁ gebracht. Der nunmehr über den Sack­ raum 1′ zuströmende Brennstoff entzündet sich nach kurzer Zeit, so daß zu einem Zeitpunkt t₂ von einem nicht dargestellten Flammenerkennungssensor ein Ausgangssignal S₁ erzeugt wird.

Aus Sicherheitsgründen bleibt danach die Glühkerze noch kurzzeitig eingeschaltet. Nach einem Zeitpunkt t₃ bleibt dann die Glühkerze 1′′ ausgeschaltet.

Etwa beginnend mit dem Zeitpunkt t₁ wird die Leistung des Gebläses 3 kontinuierlich hochgefahren, derart, daß zu einem Zeitpunkt t₄ eine leicht erhöhte Gebläseleistung P₄ erreicht wird. Kurz danach zu einem Zeitpunkt t₅ wird dann die Dosierpumpe 2 auf eine leicht erhöhte Förder­ leistung Q₅ hochgesteuert, die dann zunächst unverändert bleibt, während die Leistung des Gebläses 3 erneut hochgefahren wird und zu einem Zeitpunkt t₆ eine mittlere Leistung P₆ erreicht.

Danach wird zu einem Zeitpunkt t₇ die Förderleistung der Dosierpumpe 2 erneut erhöht, uns zwar auf einen Wert Q₇. Gleichzeitig wird die Leistung des Gebläses 3 hochge­ fahren, bis zum Zeitpunkt t₈ die große Gebläseleistung P₈ für normalen Heizbetrieb vorliegt. Damit ist die Start­ phase des Heizgerätes beendet. Nunmehr erfolgt ein grundsätzlich herkömmlicher - geregelter - Heizbetrieb.

Claims (6)

1. Steuerung der Zündung eines Verdampfungsbrenners eines insbesondere zur Innenraumbeheizung eines Kraftfahrzeuges dienenden Heizgerätes mit regel­ bzw. steuerbarem Gebläse für Verbrennungsluft und Glühkerze zum Vorheizen des Verdampfers, welcher während des Vorheizens zur Entfernung eventueller Brennstoffrückstände bzw. -dämpfe durch das Gebläse belüftet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (3) während der Vorheizphase bei eingeschalteter Glühkerze (1′′) und noch stillstehen­ der Brennstoffpumpe (2) bzw. ausgeschalteter Brenn­ stoffzufuhr mit minimaler Leistung (P₁) anläuft, daß dann die Brennstoffpumpe (2) bzw. Brennstoff­ zufuhr bei minimaler bzw. sehr geringer Gebläse­ leistung (P₁) mit geringer Förderleistung (Q₁) zu laufen beginnt und daß nach Zündung einer Flamme die Gebläseleistung unter verzögert nachfolgender Erhöhung der Förderleistung der Brennstoffpumpe (2) bzw. Brennstoffzufuhr - vorzugsweise mehrfach - erhöht wird.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühkerze (1′′) immer mit hoher Leistung (W_h) arbeitet.

3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsdauer (t₃-t₀) der Glühkerze (1′′) in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur steuer­ bar ist.

4. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsdauer (t₃-t₀) der Glühkerze (1′′) in Abhängigkeit von der Verdampfungstemperatur des Brennstoffes bzw. einer Brennstoffkomponente steuer­ bar ist.

5. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (3) beim Einschalten der Glüh­ kerze (1′′) anläuft.

6. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (3) mit Verzögerung (t₀₁-t₀) gegenüber dem Einschaltpunkt (t₀) der Glühkerze (1′′) anläuft.