DE19605152C1

DE19605152C1 - Verfahren und Glüheinrichtung zum Betreiben eines Fahrzeugzusatzheizgerätes

Info

Publication number: DE19605152C1
Application number: DE19605152A
Authority: DE
Inventors: Georg Habbel
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 1996-02-13
Filing date: 1996-02-13
Publication date: 1997-03-13
Anticipated expiration: 2016-02-14

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Glüheinrichtung zum Betreiben eines Fahrzeugzusatzheizgerätes, welches außer der Glüheinrichtung über ein Brennluftgebläse, eine Brennstoff-Fördereinrichtung und ein Steuergerät verfügt.

Ein Fahrzeugheizgerät mit derartigen Merkmalen ist aus der DE 43 23 221 C1 bekannt. Die dort verwendete Glüheinrichtung wird während der Startphase, und zwar unabhängig davon, ob es sich um einen Erststart oder einen Zweitstart nach einem vergeblichen Erststart handelt, mit einer konstanten Ansteuerspannung betrieben. Dadurch kann in Einzelfällen, insbesondere bei sehr tiefen Temperaturen oder bei Verwendung schwer entzündbarer Brennstoffe, der Start insgesamt erfolglos bleiben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Glüheinrichtung für ein Fahrzeugzusatzheizgerät sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen bereitzustellen, mittels denen ein sicherer Start des Fahrzeugzusatzheizgerätes auch bei schwierigen Betriebsbedingungen gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung bezüglich des Verfahrens durch die in Patentanspruch 1 und bezüglich der Glüheinrichtung durch die im Patentanspruch 2 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den darauf bezogenen Unteransprüchen entnehmbar.

Dadurch, daß die Glüheinrichtung mittels des Steuergerätes bei einem eventuellen zweiten Startversuch in einer höheren Leistungsstufe betrieben wird als die Leistungsstufe des ersten Startversuches, wird auch bei schwierigen Betriebsverhältnissen stets ein sicherer Start erreicht. Eine solche Auslegung trägt dem Umstand Rechnung, daß eine erhöhte Temperatur der Glüheinrichtung bei einer höheren Leistungsstufe über der Nennleistung zwar zu einer Verkürzung von deren Lebensdauer führen kann, daß jedoch durch eine solche Temperaturerhöhung, die nur in seltenen Fällen nach einem fehlerhaften ersten Startversuch erfolgt, ein wesentlicher Beitrag für den vom Kundennutzen her gesehen im Vordergrund stehenden sicheren Zweitstart geleistet wird.

Eine erfindungsgemäße Glüheinrichtung, die für einen Betrieb in mehreren Leistungsstufen ausgelegt ist, zeichnet sich vorteilhaft dadurch aus, daß sie mit mehreren, unterschiedlichen Ansteuerspannungen betreibbar ist.

Alternativ dazu oder ergänzend dazu kann eine solche Glüheinrichtung auch für einen getakteten Betrieb (z. B. durch Pulsweitenmodulation) ausgelegt sein.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn eine derartige Glüheinrichtung in an sich bekannter Weise als Keramikglühkerze ausgebildet ist. Bei einer solchen ist es vorteilhaft, wenn diese mit einer PTC-Widerstandscharakteristik ausgestattet ist und dadurch in Glühpausen mittels einer an sie anlegbaren Meßspannung gleichzeitig als Flammwächter verwendbar ist, wodurch sich die Kosten eines Fahrzeugzusatzheizgerätes reduzieren.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugzusatzheizgerätes und,

Fig. 2 ein Diagramm zur Verdeutlichung einer erhöhten Ansteuerspannung für die Glüheinrichtung bei einem Zweitstartversuch.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Fahrzeugzusatzheizgerät weist einen Flammwächter 1, eine Glüheinrichtung 2 und eine Brennstoff-Fördereinrichtung 3 auf, mittels der über eine Brennstoffleitung 4 flüssiger Brennstoff zu einem saugfähigen Körper 15 gefördert wird, der an einem Ende einer Brennkammer 7 angeordnet ist. In diese Brennkammer 7 wird zusätzlich mittels eines Brennluftgebläses 6, das durch einen Elektromotor 5 angetrieben wird, Brennluft befördert. Die Brennluft und der verdampfende Brennstoff werden mittels der Glüheinrichtung 2 entzündet und zu einer Flamme 8 verbrannt. Die dabei entstehenden heißen Abgase werden nach Umlenkung an der gegenüberliegenden Stirnseite der Brennkammer 7 in einem Wärmetauscher 10 in indirekten Wärmetausch mit einem Wärmeträger gebracht.

Bei diesem Wärmeträger kann es sich sowohl um Luft als auch um das Kühlwasser eines Kühl- bzw. Heizkreislaufes eines Fahrzeuges handeln. Nach dem Passieren des Wärmetauschers 10 verlassen die Abgase durch den Abgasstutzen 9 das Fahrzeugzusatzheizgerät ins Freie.

Sämtliche Betriebsvorgänge des Fahrzeugzusatzheizgerätes werden von einem Steuergerät 11 gesteuert. Das Steuergerät 11 steht zu diesem Zweck mit der Brennstoff- Fördereinrichtung 3, mit dem Elektromotor 5, mit der Glüheinrichtung 2 und mit dem Flammwächter 1 in Verbindung. Optional ist am Wärmetauscher 10 zusätzlich ein Temperatursensor 16 angeordnet, durch den dem Steuergerät 11 eine charakteristische Bauteiltemperatur oder die Temperatur des Wärmeträgers T_W übermittelt wird.

Die Glüheinrichtung 2 ist vorzugsweise als Keramikglühstift ausgebildet und in verschiedenen Leistungsstufen betreibbar. Zu diesem Zweck stellt das Steuergerät 11 verschiedene Ansteuerspannungen U₂ für die Glüheinrichtung 2 zur Verfügung. Optional dazu ist auch eine Ansteuerung mit einer konstanten Spannung und einer unterschiedlichen Taktung, beispielsweise nach Art einer Pulsweitenmodulation, möglich. In jedem Falle ist ein Betreiben in verschiedenen Leistungsstufen möglich.

Gleiches gilt für den Motor 5 des Brennluftgebläses 6, der durch eine unterschiedliche Ansteuerspannung U₆ oder wiederum durch eine konstante Ansteuerspannung mit unterschiedlicher Taktung in verschiedenen Leistungsstufen betreibbar ist.

Ebenso ist die Brennstoff-Fördereinrichtung 3, mittels der eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Förderung von Brennstoff möglich ist, mit einer unterschiedlichen Drehzahl oder Frequenz f₃ betreibbar, wodurch eine unterschiedliche Brennstoffmenge pro Zeiteinheit zur Brennkammer 7 gefördert wird.

Statt eines separaten Flammwächters 1 kann auch eine integrierte Bauform vorgesehen sein, bei der die Funktion des Flammwächters in die Glüheinrichtung 2 integriert ist. In diesem Falle wird nach Abschalten der Glühspannung U₂ vom Steuergerät eine geringe Meßspannung zur Glüheinrichtung 2 geschickt, welche aufgrund der in der Brennkammer 7 herrschenden Temperatur und der PTC-Widerstandscharakteristik der Glüheinrichtung einen Rückschluß darüber ermöglicht, ob eine Flamme 8 in der Brennkammer 7 vorhanden ist.

Die Ansteuerung der Glüheinrichtung 2 mit unterschiedlichen Leistungen, beispielsweise mittels unterschiedlicher Ansteuerspannungen U₂₅ oder U₂₆, ermöglicht eine Anpassung der von der Glüheinrichtung 2 abgegebenen Wärmeleistung an unterschiedliche Start- und Betriebszustände des Brennluftgebläses 6 und/oder der Brennstoff-Fördereinrichtung 3.

In Fig. 2 ist dies anhand des Startablaufs bei einem Kaltstart eines mit Diesel, Rapsmethylester (RME) oder einem anderen Pflanzenmethylester (PME) betriebenen Fahrzeugzusatzheizgerätes gezeigt. Es wird hierbei angenommen, daß das Fahrzeugzusatzheizgerät aufgrund tiefer Außentemperaturen und des schwer entzündbaren Brennstoffes im ersten Startversuch nicht gezündet hat.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß eine variable Ansteuerung der Glüheinrichtung 2 mittels verschiedener Leistungsstufen - hier Ansteuerspannungen U₂ - zur Erhöhung der Startsicherheit nach einem erfolglosen Erststartversuch genutzt wird. Im Diagramm gemäß Fig. 2 wird im ersten Zeitintervall t₂₁ das Brennluftgebläse U₆ mit einer Ansteuerspannung entsprechend etwa 20% der maximalen Leistung betrieben. Die Brennstoff-Förderpumpe 3 ist in dieser Phase ebenso abgeschaltet wie die Glüheinrichtung 2. Im folgenden Intervall t₂₂ und t₂₃ wird die Brennluft-Förderung durch Erhöhung der Ansteuerspannung U₆ auf etwa 50% der Maximalleistung angehoben. Gleichzeitig wird im Intervall t₂₂ die Ansteuerspannung U₂ der Glüheinrichtung 2 von Null auf eine Ansteuerspannung U₂₅ von 100% erhöht. Diese Glühspannung bleibt auch in den folgenden Zeitintervallen t₂₃ und t₂₄ während des ersten Startversuches aufrechterhalten. Im Intervall t₂₃ wird die Förderfrequenz f₃ der Brennstoff-Fördereinrichtung 3 von Null of 100% angehoben. Im vierten Intervall t₂₄ wird ferner die Förderleistung des Brennluftgebläses 6 durch Erhöhung der Ansteuerspannung U₆ von 50% auf 100% angehoben. Im gleichen Intervall t₂₄ erfolgt etwa in der Mitte eine Absenkung der Förderleistung der Brennstoff-Förderpumpe 3 von 100% auf einen niedrigen Wert nahe Null. Dadurch wird das Gemisch durch eine Abmagerung bei konstanter Gebläseleistung in der Zusammensetzung variiert und in aller Regel kommt es dabei zu einer Ausbildung der Flamme 8 im ersten Startversuch.

Sollte der Flammwächter 1 bzw. die mit einer Flammwächterfunktion versehene Glüheinrichtung 2 zum Ende des Intervalls t₂₄ keine Flammbildung erkennen, so wird erfindungsgemäß die Ansteuerspannung U₂ der Glüheinrichtung 2 kurzzeitig in einem Intervall t₂₅ auf eine über 100% liegende Ansteuerspannung U₂₆ von beispielsweise 125% der normalen maximalen Nennleistung angehoben. Dabei steigt die Temperatur der Glüheinrichtung 2 von der normalen Starttemperatur beim Erststartversuch von etwa 11000 Celsius bis auf eine Temperatur von etwa 12000 Celsius an, welche für eine sichere Entzündung des Brennstoff-/Brennluft-Gemisches in jedem Falle ausreicht. Die kurzzeitige starke Erhitzung der Glüheinrichtung 2 kann sich zwar negativ auf deren Lebensdauer auswirken, jedoch steht der Kundennutzen eines sicheren Startes des Fahrzeugzusatzheizgerätes zumindestens in einem zweiten Startversuch auch bei Verwendung von schwer entzündbaren Brennstoffen, wie Pflanzenmethylester (PME) hier im Vordergrund. Im nachfolgenden Intervall erfolgt die Anhebung der Förderleistung der Brennstoff-Förderpumpe 3 durch Anhebung der Förderfrequenz f₃ in Form einer Rampe auf 100%, wobei gleichzeitig die Leistung des Brennluftgebläses durch Anheben der Ansteuerspannung U₆ von etwa 50% auf 100% ebenfalls in Form einer Rampe angehoben wird. Zur Stabilisierung der Flamme wird während dieses Intervalles gleichzeitig die Glüheinrichtung mit der für einen Erststart normalen Glühleistung U₂₅ von etwa 100% der Nennleistung betrieben. Im anschließenden Betriebsintervall t₂₇ läuft das Fahrzeugzusatzheizgerät im Vollastbetrieb, wobei die Förderfrequenz f₃ 100% und die Ansteuerspannung U₆ ebenfalls 100% beträgt. Die Glüheinrichtung 2 ist in dieser Phase bereits wieder abgeschaltet.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Glüheinrichtung ermöglichen ein sicheres Betreiben eines Fahrzeugzusatzheizgerätes durch die variable Leistung der Glüheinrichtung 2 während unterschiedlicher Startphasen. Dadurch wird ein sicherer und umweltfreundlicher Betrieb eines solches Fahrzeugzusatzheizgerätes selbst unter erschwerten Betriebsbedingungen, beispielsweise auch bei Verwendung als Zuheizer in Verbindung mit dem Betrieb einer hoch aufgeladenen Brennkraftmaschine, und bei Verwendung schwer entzündbarer Brennstoffe ermöglicht.

Bezugszeichenliste

1 Flammwächter
2 Glüheinrichtung
3 Brennstoff-Förderpumpe
4 Brennstoffleitung
5 Elektromotor
6 Brennluft-Gebläse
7 Brennkammer
8 Flamme
9 Abgasstutzen
10 Wärmetauscher
11 Steuergerät
15 saugfähiger Körper
16 Temperatursensor
U₂, U₂₅, U₂₆ Ansteuerspannungen (von 2)
U₆ Ansteuerspannungen (von 6)
f₃ Förderfrequenz (von 3)

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugzusatzheizgerätes mit einem Steuergerät (11), einem Brennluftgebläse (6), einer Brennstoff- Fördereinrichtung (3) und einer elektrischen Glüheinrichtung (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Glüheinrichtung (2) mittels des Steuergerätes (11) bei einem zweiten Startversuch in einer höheren Leistungsstufe (U₂₆) betrieben wird, als die Leistungsstufe (U₂₅) bei einem ersten Startversuch.

2. Glüheinrichtung (2) für ein Fahrzeugzusatzheizgerät, deren Betrieb mittels eines Steuergerätes (11) steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Glüheinrichtung (2) für einen kurzzeitig in einer höheren Leistungsstufe ausgelegt ist.

3. Glüheinrichtung (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit mehreren Ansteuerspannungen (U₂₅, U₂₆) betreibbar ist.

4. Glüheinrichtung (2) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie für einen getakteten Betrieb ausgelegt ist.

5. Glüheinrichtung (2) nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Keramikglühkerze ausgebildet ist.

6. Glüheinrichtung (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie mittels einer PTC-Widerstandscharakteristik und einer in Glühpausen anlegbaren Meßspannung gleichzeitig als Flammwächter verwendbar ist.