DE19605326C1

DE19605326C1 - Verfahren zum Starten eines Fahrzeugzusatzheizgerätes

Info

Publication number: DE19605326C1
Application number: DE19605326A
Authority: DE
Inventors: Horst Dedio; Stefan Kunz; Johann Sperl; Hermann Schoenberger; Hans Zenz
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 1996-02-14
Filing date: 1996-02-14
Publication date: 1997-02-27
Anticipated expiration: 2016-02-15

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten eines Fahrzeugzusatzheizgerätes. Bei einem aus der DE 31 36 792 C2 bekannten Verfahren wird ein Brennluftstrom zeitlich verzögert gegenüber einer Brennstoff-Förderung nach einer Phase kontinuierlichen Betriebes in einen intermittierenden Betrieb überführt. Mit dem bekannten Verfahren soll eine genügend hohe Oberflächentemperatur einer Glühkerze in der Startphase gewährleistet werden. Besonders hohe Anforderungen bestehenden bei Fahrzeugzusatzheizgeräten, die optional auch mit schwer zündbarem Pflanzenmethylester (PME), wie beispielsweise Raps-Methyl-Ester (RME), betrieben werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Starten eines Fahrzeugzusatzheizgerätes anzugeben, mit dem ein zuverlässiges Starten auch bei schwer zündbaren Brennstoffen ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrensschritte gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Durch die Vorförderung von Brennstoff in einem Teillastmodus wird der saugfähige Körper eines Verdampfungsbrenners so langsam vollständig mit Brennstoff gefüllt, daß ein leichtes Verdampfen ermöglicht wird, ohne daß Brennstoff in flüssiger Form durch den pulsierenden Druck auf der der Brennkammer zugewandten Seite des saugfähigen Körpers austreten würde. An die Vorförderphase schließt sich eine Vorglühphase an, bei der keine weitere Nachförderung von Brennstoff und bei der auch keine Förderung von Brennluft erfolgt. Während dieser Vorglühphase wird unter Betreiben einer elektrischen Glüheinrichtung deren volle elektrische Heizleistung ohne Störung durch zusätzlichen kalten Brennstoff oder kalte Brennluft darauf verwendet, eine hinreichende Verdampfung des im saugfähigen Körper des Verdampfungsbrenners gespeicherten Brennstoffs zu bewirken. Wenn das dabei sehr fette Startgemisch eine hinreichend hohe Temperatur erreicht hat, erfolgt das Zünden und Ausbilden einer Pilotflamme. Ausgehend von dieser erfolgt in einem weiteren Verfahrensschritt ein gesteuertes Hochfahren des Fahrzeugzusatzheizgerätes auf Vollast unter weiterer Förderung von Brennstoff und Brennluft in einer oder vorzugsweise in mehreren Teillaststufen.

Ein derartiges, in diese drei Verfahrensschritte gegliedertes Startablaufverfahren hat sich als äußerst sicher für einen Start von schwer entzündbaren Pflanzenmethylenstern (PME) erwiesen. Es ist daher auch als Zuheizgerät in Verbindung mit hoch aufgeladenen Dieselmotoren einsetzbar, welche in Zukunft zumindestens für einen optionalen Betrieb mit derartigen Brennstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen vorgesehen sein werden.

Der Teillastmodus, in dem die Vorförderung des Brennstoffes erfolgt, erfolgt vorzugsweise mit einer solchen Frequenz bzw. Drehzahl einer Brennstoffpumpe, die kleiner ist als einem Drittel der Vollast-Fördermenge entspricht. Durch eine derartige kleine Fördermenge wird sichergestellt, daß ein Austreten von flüssigem Brennstoff am Verdampfer ("Durchspucken") verhindert wird.

Vorzugsweise wird die an der elektrischen Glüheinrichtung anliegende Spannung U_G im zweiten Verfahrensschritt, d. h. während der Verdampfungsphase, variiert. Eine derartige Variation umfaßt vorzugsweise einen niedrigeren Spannungswert U_G in der Verdampfungsphase, der allmählich zum Zünden auf einen höheren Wert, und zwar stufenförmig oder in einer Rampe angehoben wird. Durch ein derartiges abgestuftes Betreiben der Glüheinrichtung wird sichergestellt, daß zunächst eine hinreichend große Menge von Brennstoff verdampft, bevor die Temperatur derart ansteigt, daß sich eine Pilotflamme ausbildet. Zur Stabilisierung der Pilotflamme bleibt die Zündeinrichtung vorzugsweise wenigstens bis zum Beginn des Hochfahrens in den Vollastbetrieb, optional auch bis zum Erreichen des Vollastbetriebes, weiterhin in Betrieb, dies jedoch mit einer reduzierten Glühspannung U_G, um die von der Flamme auf die Glüheinrichtung übertragene Wärme zu kompensieren und dadurch deren Überhitzung zu vermeiden.

Wenn vorstehend von einer Variierung der Glühspannung U_G gesprochen wird, so sollen damit für den Fachmann auch andere Formen der Leistungsansteuerung für die Glüheinrichtung, wie beispielsweise eine getaktete Ansteuerung durch Pulsweitenmodulation, mit umfaßt sein.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die Länge der einzelnen Verfahrensschritte vom Steuergerät des Fahrzeugzusatzheizgerätes in Abhängigkeit von einem charakteristischen Temperaturwert des Fahrzeugzusatzheizgerätes - beispielsweise der Wärmeträgertemperatur - festgelegt.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugzusatzheizgerätes und

Fig. 2 ein Diagramm zur Verdeutlichung der verschiedenen Startphasen.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Fahrzeugzusatzheizgerät weist einen Flammwächter 1 und eine Glüheinrichtung 2 auf, die in eine Brennkammer 7 hineinragen und die über eine Signalleitung mit einem Steuergerät 11 des Fahrzeugzusatzheizgerätes verbunden sind. Über eine Brennstoffleitung 4 wird mittels einer Brennstoffpumpe 3 einem saugfähigen Körper 15, der beispielsweise aus einem metallischen Vliesmaterial besteht, Brennstoff zugeführt. Dem Fahrzeugzusatzheizgerät wird ferner über ein mittels eines Elektromotors 5 betreibbares Gebläse 6 Brennluft zugeführt.

Brennstoff und Brennluft vermischen sich in der Brennkammer 7 zu einem brennbaren Gemisch und werden mittels der Zündeinrichtung 2 entzündet, wodurch sich eine Flamme 8 ausbildet, deren Rauchgase nach Umlenkung in einen Wärmetauscher 10 einen Wärmeträger - wahlweise Wasser oder Luft - erwärmen und anschließend über einen Abgasstutzen 9 ins Freie geleitet werden.

Das Steuergerät 11 betätigt die Glüheinrichtung 2, die Brennstoffpumpe 3 und den Elektromotor 5 des Brennluftgebläses 6. Hierbei gehen die Schaltfunktionen des Steuergerätes 11 über einen reinen Ein- und Ausschaltbetrieb hinaus und ermöglichen auch eine Ansteuerung der Glüheinrichtung 2 mittels einer variierenden Spannung oder Taktung, eine unterschiedliche Taktung oder Drehzahlsteuerung der Brennstoffpumpe 3 und eine unterschiedliche Drehzahl des Brennluftgebläses 6.

Obwohl der Flammwächter 1 und die Glüheinrichtung 2 in der Fig. 1 als getrennte Bauteile dargestellt sind, wird vorzugsweise eine kombinierte Flammwächter- und Glüheinrichtung in Form einer Keramik-Glühkerze verwendet, die ein PTC-Verhalten aufweist, so daß deren Temperaturanstieg vom Steuergerät 11 als Signal für eine vorhandene Ausbildung der Flamme 8 ausgewertet werden kann.

Im Diagramm der Fig. 2 sind übereinander von oben nach unten mit _Bst die Brennstoffmenge im Bereich von 0 bis 100%, mit _Bl die Brennluftmenge von 0 bis 100%, mit U_G die Glühspannung von 0 bis 100% und mit F_W das Flammwächtersignal aufgezeichnet. Wie dort ersichtlich, beginnt der Startvorgang des Fahrzeugzusatzheizgerätes mit einer Vorförderphase, bei der die Brennstoffpumpe 3 mit einer Frequenz oder Drehzahl betrieben wird, die kleiner ist als ein Drittel bis etwa ein Viertel der maximalen Drehzahl bzw. Frequenz. Dementsprechend erfolgt eine Vorförderung einer kontinuierlichen geringen Brennstoffmenge, die zu einem vollständigen Füllen des saugfähigen Körpers 15 führt, ohne daß Brennstoff aus der der Brennkammer 7 zugewandten Seite des saugfähigen Körpers 15 austreten würde. Da das Brennluftgebläse 6 während dieser Zeit außer Betrieb ist, erfolgt während dieser Phase keine Abkühlung des Brennstoffes und der Glüheinrichtung 2 durch die kalte Brennluft und auch keine Abbeförderung des sich an der der Brennkammer zugewandten Seite des saugfähigen Körpers 15 bildenden Brennstoffdampfes zur Brennkammer 7 hin. Durch gleichzeitigen Betrieb der Glüheinrichtung 2, welche bereits gegen Ende der Vorförderphase einsetzen kann, zumindestens jedoch in der daran anschließenden Verdampfungsphase stattfindet, wird das Verdampfen des Brennstoffes aus dem saugfähigen Körper 15 gefördert. Dabei wird in der Verdampfungsphase die Vorförderung von Brennstoff mittels der Brennstoffpumpe 3 unterbrochen. Die beim Vorfördern in den saugfähigen Körper 15 geförderte Brennstoffmenge ist somit exakt definiert. Sie wird durch ein stufenweises oder in Form einer Rampe erfolgendes Anheben der Glühspannung U_G langsam in einem lokalen Bereich vor dem saugfähigen Körper 15 verdampft - wobei die Verdampfungskälte eine Kühlung der Glüheinrichtung 2 bewirkt - und erreicht in dampfförmiger Form bei weiterer Steigerung der Glühspannung U_G die Zündtemperatur, bei der eine Ausbildung einer Pilotflamme erfolgt.

Erst zum Ende der Verdampfungsphase wird das Brennluftgebläse 6 zunächst in einer geringen Teillaststufe in Betrieb genommen, wobei gleichzeitig eine reduzierte Förderung von Brennstoff mittels der Brennstoffpumpe 3 einsetzt. Die Pilotflamme wird durch den fortgesetzten Betrieb der Glüheinrichtung 2 stabilisiert. In der unteren Zeile des Diagramms gemäß Fig. 2 ist in gestrichelten Linien angedeutet, daß die Pilotflamme bei Vorhandensein eines getrennten Flammwächters 1 bereits zu einem frühzeitigen Zeitpunkt in Form eines positiven Flammwächtersignals F_W erkannt wird.

Dabei wird gleichzeitig die Ansteuerspannung U_G der Glüheinrichtung 2 reduziert, um nicht durch die von der Flamme auf die Glüheinrichtung 2 übertragene Wärme eine Überhitzung derselben herbeizuführen.

Bei einer alternativen Ausgestaltung mit einer in der Glüheinrichtung 2 integrierten Flammwächterfunktion erfolgt der gesamte Betrieb als reine Zeitsteuerung, und erst nach Abschalten der Glüheinrichtung 2 in der Phase des Hochfahrens des Fahrzeugzusatzheizgerätes in den Vollastbereich erfolgt über die PTC-Charakteristik der Glüheinrichtung 2 eine Detektierung der Flammbildung in Form eines positiven Flammwächtersignals F_W. Das Hochfahren erfolgt durch stufenweises oder kontinuierliches Anheben der Brennstoff-Fördermenge mittels der Brennstoffpumpe 3 und Brennluft-Fördermenge mittels des Brennluftgebläses 6. Die Glüheinrichtung 2 kann auch zur Stabilisierung in der Phase des Hochfahrens weiter in Betrieb bleiben, dann jedoch mit einer reduzierten Ansteuerspannung U_G.

Vorzugsweise sind die Zeitintervalle Δ t₁ für das Vorfördern, Δ t₂ für das Verdampfen und Δ t₃ für die Phase der Pilotflamme vom Steuergerät 11 in Abhängigkeit von einer für den Betrieb des Fahrzeugzusatzheizgerätes charakteristischen Temperatur festgelegt. Hierzu kann beispielsweise mittels eines Temperatursensors 16 die Temperatur T_W des Wärmeträgers, beispielsweise des Kühlwassers, ermittelt werden. Alternativ dazu oder ergänzend kann im Steuergerät 11 auch eine Zeiterfassungseinrichtung vorgesehen sein, die die Zeit seit Beendigung des letzten Betriebes des Fahrzeugzusatzheizgerätes sowie die Dauer dieses letzten Betriebes erfaßt und aus diesen Werten die Länge der folgenden Zeitintervalle Δ t₁ bis Δ t₃ für die Startphase festlegt. In eine solche Festlegung können auch die Abbruchbedingungen für den vorausgegangenen Betrieb des Fahrzeugzusatzheizgerätes mit eingehen, d. h., ob beispielsweise ein reguläres Ausbrennen oder ein Flammabbruch infolge einer Störung vorausging.

Beispielsweise wird nach einem irregulären Flammabbruch noch eine solch große Menge von Brennstoff im saugfähigen Körper 15 vorhanden sein, daß die Vorförderphase auf einen sehr kurzen Zeitraum beschränkt werden oder völlig entfallen kann. Wenn der letzte Betrieb des Fahrzeugzusatzheizgerätes nur einen sehr kurzen Zeitraum zurückliegt, wird ferner durch die noch vorhandenen hohen Bauteiltemperaturen die Verdampfungsphase auf einen sehr kurzen Zeitraum beschränkt werden können. Bei einem kalten Fahrzeugzusatzheizgerät ist es in jedem Falle zweckmäßig, den vollständigen vorstehend beschriebenen Startablauf in allen drei Phasen zu durchlaufen. Hierdurch wird eine hohe Startsicherheit, insbesondere bei Verwendung schwer zündbarer Brennstoffe, wie beispielsweise Pflanzenmethylester (PME) gewährleistet.

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 Temperatur-Sensor

Claims

1. Verfahren zum Starten eines Fahrzeugzusatzheizgerätes, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) mittels einer Brennstofförderpumpe erfolgt eine Vorförderung einer geringen Start-Brennstoffmenge im Teillastmodus,
b) die Vorförderung wird abgebrochen und ohne Zufuhr von Brennluft mittels eines Brennluftgebläses wird die Start-Brennstoffmenge unter dem Einfluß einer elektrischen Glüheinrichtung verdampft,
c) nach Ausbildung einer Pilotflamme wird mit einer Förderung von Brennstoff und Brennluft in einer oder mehreren Teillast stufen das Fahrzeugzusatzheizgerät auf Vollast hochgefahren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorförderung in einem Teillastmodus erfolgt, der kleiner ist als ein Drittel der Vollast-Fördermenge.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an der elektrischen Glüheinrichtung anliegende Spannung (U_G) im Verfahrensschritt b) variiert.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (U_G) in einer Verdampfungsphase einen höheren Wert aufweist, der nach dem Zünden auf einen niedrigeren Wert abgesenkt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der einzelnen Verfahrensschritte in Abhängigkeit von einem Temperaturwert T_W des Fahrzeugzusatzheizgerätes durch dessen Steuergerät festgelegt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der einzelnen Verfahrensschritte in Abhängigkeit von der Zeitdauer einer Betriebspause seit der letzten Betriebsphase des Fahrzeugzusatzheizgerätes und/oder von der Zeitdauer dieser letzten Betriebsphase festgelegt wird.