DE19619861C2 - Motorunabhängiges Heizgerät für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor und Brennstoffpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein motorunabhängiges Heizgerät für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, welchem aus einem Brennstofftank durch eine Brennstoffpumpe Brennstoff über eine Vorlaufleitung zugeführt wird, wobei die Vorlauf­ leitung über eine eine Brennstoffdosiereinrichtung aufweisen­ de Brennstoffleitung mit dem Brenner des Heizgeräts verbun­ den ist und die Brennstoffpumpe über ein Steuergerät in ei­ ner Steuerverbindung mit der Brennstoffdosiereinrichtung steht, um den Brenner mit Brennstoff durch die Brennstoff­ pumpe auch bei Motorstillstand zu versorgen.

Aus der PCT-Anmeldung WO 96/06305 A1 ist ein Heizgerät der vor­ genannten Art bekannt, bei dem die fahrzeugeigene Brenn- bzw. Kraftstoffpumpe, z. B. einer Einspritzanlage eines Ein­ spritz-Verbrennungsmotors, zur Erzeugung eines unter Vor­ druck stehenden Brennstoffvolumenstroms zum Brenner des Heizgeräts verwendet wird. Während des Motorstillstands be­ steht die Notwendigkeit, die Brennstoffpumpe vom Steuergerät des Heizgeräts anzusteuern.

Ein Problem besteht nun darin, daß die Brennstoffpumpe des Fahrzeugs für Brennstoffvolumenströme ausgelegt ist, welche um ein Vielfaches über dem Bedarf des Heizgeräts liegt. Würde man die Brennstoffpumpe vom Heizgeräte-Steuergerät dau­ ernd ansteuern, so hätte der Betrieb des Elektromotors der Brennstoffpumpe einen hohen Stromverbrauch zur Folge. Die bekannte Erfindung löst das Problem durch Ansteuerung der Brennstoffpumpe mittels eines PWM-Signals, d. h. mittels ei­ nes Pulsbreitenmodulations-Steuersignals mit einer Impulsfol­ ge einer bestimmten Frequenz, wobei der Impulszug ein be­ stimmtes Tastverhältnis aufweist. Da jedoch davon auszugehen ist, daß der von der Brennstoffpumpe geförderte Volumenstrom um zwei Größenordnungen über dem Bedarf des Heizgeräts liegt, müßte das PWM-Signal ein Tastverhältnis von kleiner als 1 : 100 haben. Bei derart niedrigen Tastverhältnissen muß vor allem bei hochfrequenten Impulsfolgen davon ausgegangen werden, daß der so angesteuerte Elektromotor nicht optimal arbeitet, da z. B. Lagerreibungsverluste, Brennstoffviskosi­ tätseffekte und Leckageverluste stark an Bedeutung gewinnen, so daß ein lineares Verhalten zwischen Tastverhältnis und geforderter Brennstoffmenge nicht mehr gegeben ist. Im Ex­ tremfall ist sogar damit zu rechnen, daß der Elektromotor mit dem hochfrequenten PWM-Signal gar nicht läuft.

Aufbauend auf dem vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein motorunabhängiges Heizgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, welches mit Hilfe ein­ facher Mittel in allen Betriebslagen, auch bei Motorstill­ stand, mit geringem Energieverbrauch zuverlässig und effek­ tiv betrieben werden kann.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bei einem Heizgerät der infragestehenden Art durch einen in der Brennstoffleitung vor der Brennstoffdosiereinrichtung ange­ ordneten Druckspeicher.

Dieser Druckspeicher wirkt erfindungsgemäß als Brennstoffbevorratungs-Puffer, in welchen Brennstoff bei eingeschalteter Brennstoffpumpe einspeicherbar und aus welchem Brennstoff für eine Brennstoffversorgung des Brenners insbesondere bei abgeschalteter Brennstoffpumpe entnehmbar ist.

Hierbei ist zweckmäßigerweise in der Vorlaufleitung vor dem Druckspeicher ein in Richtung Druckspeicher öffnendes Rückschlagventil angeordnet, welches dafür sorgt, daß Druck im Druckspeicher keinesfalls abgebaut wird, auch dann nicht, wenn eine Leckage in der Brennstoffpumpe vorhanden ist.

Vorzugsweise wird der Druck des Brennstoffs im Druckspeicher durch die Brennstoffpumpe innerhalb vorgegebener Druckgrenz­ werte gehalten, wobei die Brennstoffpumpe bei einem unteren Druckgrenzwert zugeschaltet und bei einem oberen Druckgrenz­ wert abgeschaltet wird.

Oberer und unterer Druckgrenzwert werden insbesondere durch zumindest einen Druckschalter oder Drucksensor festgestellt, welcher in der Brennstoffleitung zwischen Druckspeicher und Brennstoffdosiereinrichtung angeordnet ist und durch welchen elektrische Signale an das Steuergerät gegeben werden, wel­ ches seinerseits die Brennstoffpumpe zwecks Abschalten bzw. Einschalten der Brennstoffpumpe ansteuert.

Der obere Druckgrenzwert zum Abschalten der Brennstoffpumpe liegt unter dem Öffnungsdruck des Druckreglers der Einspritz­ anlage des Verbrennungsmotors, so daß bei Motorstillstand die Brennstoffpumpe Brennstoff nur dem Druckspeicher zur Ver­ fügung stellt, und Brennstoff nicht unnötigerweise über die Einspritzanlage in die Brennstoffrückleitung zum Brennstoff­ tank energieaufwendig zurückgeleitet wird.

Zweckmäßigerweise liegt der untere Druckgrenzwert zum Ein­ schalten der Brennstoffpumpe über dem Mindestarbeitsdruck der Brennstoffdosiereinrichtung und des Brenners, so daß die Brennstoffdosiereinrichtung, insbesondere ein PWM-gesteuer­ tes Magnetventil, und das Heizgerät in jeder Betriebslage zuverlässig arbeiten.

Der Druckspeicher kann beispielsweise ein Blasenspeicher mit einer Trennmembran und einer Gasfeder sein, wie er grundsätzlich in der Hydraulik bekannt ist, oder ein Kraftstoffspei­ cher mit einer Trennmembran und einer Spiralfeder sein, wie er bereits in bekannten Einspritzanlagen Verwendung findet.

In der Brennstoffleitung kann zwischen Druckschalter oder Drucksensor und Brennstoffdosiereinrichtung ein Druckregler angeordnet sein, welcher die Brennstoffzufuhr zur Brennstoff­ dosiereinrichtung konstant hält. Die Einschaltdruckschwelle liegt hierbei über dem zu regelnden Druck des Druckreglers.

Es kann aber auch auf den Druckregler verzichtet werden. In diesem Fall wird die untere Druckschwelle so festgelegt, daß die aus dem Druckabfall resultierende Volumenstromverringe­ rung an der Brennstoffdosiereinrichtung (z. B. ein mit einer leistungsabhängigen, konstanten Frequenz angesteuertes Mag­ netventil) innerhalb des Betriebsbereichs des Brenners liegt. Eine Kompensation des Druckabfalls kann durch eine über dem Druck oder über der Druckabfalldauer veränderliche Anzugszeit des Magnetventils erreicht werden. Zu berücksich­ tigen bei der Festlegung der Anzugszeit ist der bei Motor­ betrieb erhöhte Systemdruck. Ein mögliche technische Lösung ist die Erkennung des Motorbetriebs, z. B. durch Abfrage der Klemme W/D+ der Lichtmaschine, zum Zweck der Umschaltung auf eine andere, kürzere Anzugszeit.

Durch die Erfindung ist also sichergestellt, daß bei Motor­ stillstand die Brennstoffpumpe und der die Pumpe antreibende Elektromotor zumindest eine gewisse Zeit lang laufen und ef­ fektiv bei geringem Energiebedarf betrieben werden können. Die mittlere Stromaufnahme wird auf akzeptablem Niveau gehal­ ten, da der Druckregler der Einspritzanlage nicht anspricht. Der erfindungsmäße in das System integrierte Druckspeicher wirkt mithin als Puffer, in welchem Brennstoff gespeichert wird, wobei der Brennstoff durch die für hohe Brennstoffvolu­ menströme ausgelegte Brennstoffpumpe zwar angeliefert, jedoch nicht in gleichem Maße schnell beim Brenner aufgrund seiner Auslegung für wesentlich kleinere Brennstoffvolumen­ strömes verbraucht wird.

Das System ist so konzipiert, daß durch die Hochdruckbrenn­ stoff-Förderung keine Dampfblasenbildung in der Brennstoff­ leitung gegeben ist. Der Kurzlauf der Brennstoffpumpe erhöht die Funktionsfähigkeit gegenüber der eingangs genannten be­ kannten PWM-Ansteuerung.

Als Heizgeräte kommen grundsätzlich Standheizer und Zuheizer in Betracht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur eine Systemskizze einer Brenn­ stoffversorgung eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungs­ motor zeigt, der ein sogenannter Einspritz-Motor ist.

In der Systemskizze sind fahrzeugeigene Teile wie Verbren­ nungsmotor 2, Einspritzanlage 16 mit Druckregler 15, Brenn­ stoffpumpe 4 mit Brennstoff-Filter 17, Brennstofftank 3, Mo­ torsteuerung 18 bzw. Kfz-Elektrik, Vorlaufleitung 6 sowie Rücklaufleitung 7 des Brennstoff 5 schematisch veranschau­ licht.

Darüberhinaus ist ein Heizgerät 1 mit einem Brenner 10, ei­ ner Brennstoffdosiereinrichtung 8 und einem Heizgeräte-Steu­ ergerät 11 vorgesehen, wobei das Heizgerät 1 über eine Brenn­ stoffleitung 9 an den Hochdruckteil der fahrzeugeigenen Vor­ laufleitung 6 angeschlossen und die Brennstoffdosiereinrich­ tung 8 über das Steuergerät 11 in einer Steuerverbindung 12 mit der Brennstoffpumpe 4 bzw. mit dem Elektromotor der Brennstoffpumpe steht.

In der Steuerverbindung 12 befindet sich ein Oder-Gatter 21 mit einer weiteren Steueranschlußleitung 20 in einer Verbin­ dung mit der Motorsteuerung 18 und dem Steuergerät 11.

In der Brennstoffleitung 9 ist ein Druckspeicher 13 in Form eines Blasenspeichers integriert, welchem ein in Richtung des Druckspeichers 13 öffnendes Rückschlagventil 14 vorge­ ordnet und ein Druckschalter oder Drucksensor 22 nachgeord­ net ist. Der Druckschalter oder Drucksensor 22 steht in ei­ ner Steuerverbindung mit dem Steuergerät 11 zwecks Betäti­ gung der Brennstoffpumpe und befindet sich vor der Brenn­ stoffdosiereinrichtung 8.

Ersichtlich kann das Heizgerät 1 sowohl bei einem Motorbe­ trieb als auch bei Motorstillstand durch die gleiche, im System ohnehin vorhandene Brennstoffpumpe 4 betrieben wer­ den, wobei der Druckspeicher 13 als Puffer verwendet wird und die für eine hohe Brennstoff-Förderleistung ausgelegte Brennstoffpumpe 4 auch bei Motorstillstand längere Zeit intermittierend mit optimalem Wirkungsgrad und geringem Energieverbrauch laufen kann, ohne daß der Druckregler 15 der Einspritzanlage 16 anspricht.

Es sei noch angemerkt, daß in den Unteransprüchen enthaltene selbständig schutzfähige Merkmale trotz der vorgenommenen formalen Rückbeziehung auf den Hauptanspruch entsprechenden eigenständigen Schutz haben sollen. Im übrigen fallen sämtli­ che in den gesamten Anmeldungsunterlagen enthaltenen erfinde­ rischen Merkmale in den Schutzumfang der Erfindung.

Claims (10)

1. Motorunabhängiges Heizgerät (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (2), welchem aus einem Brenn­ stofftank (3) durch eine Brennstoffpumpe (4) Brennstoff (5) über eine Vorlaufleitung (6) zugeführt wird, wobei die Vorlaufleitung (6) des Verbrennungsmotors (2) über eine eine Brennstoffdosiereinrichtung (8) aufweisende Brennstoffleitung (9) mit dem Brenner (10) des Heizge­ räts verbunden ist und die Brennstoffpumpe (4) über ein Steuergerät (11) in einer Steuerverbindung (12) mit der Brennstoffdosiereinrichtung (8) steht, um den Brenner mit Brennstoff durch die Brennstoffpumpe auch bei Motor­ stillstand zu versorgen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennstoffleitung (9) vor der Brennstoffdo­ siereinrichtung (8) ein Druckspeicher (13) als Brenn­ stoffbevorratungs-Puffer angeordnet ist, in welchen Brennstoff bei eingeschalteter Brennstoffpumpe (4) einspeicherbar und aus welchem Brennstoff für eine Brennstoffversorgung des Brenners (10) insbesondere bei abgeschalteter Brennstoffpumpe (4) entnehmbar ist.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorlaufleitung (6) vor dem Druckspeicher (13) ein in Richtung Druckspeicher öffnendes Rückschlagventil (14) angeordnet ist.

3. Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Brennstoffs im Druckspeicher (13) durch die Brennstoffpumpe (4) innerhalb vorgegebener Druckgrenzwerte gehalten wird.

4. Heizgerät nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß oberer und unterer Druckgrenzwert durch zumindest einen Druckschalter oder Drucksensor (22) festgestellt wird, welcher in der Brennstoffleitung (9) zwischen Druckspeicher (13) und Brennstoffdosiereinrichtung (8) angeordnet ist und durch welchen über das Steuergerät (11) die Brennstoffpumpe (4) zwecks Abschalten bzw. Ein­ schalten der Brennstoffpumpe ansteuerbar ist.

5. Heizgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Druckgrenzwert zum Abschalten der Brenn­ stoffpumpe (4) unter dem Öffnungsdruck des Druckreglers (15) der Einspritzanlage (16) des Verbrennungsmotors (2) liegt.

6. Heizgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Druckgrenzwert zum Einschalten der Brenn­ stoffpumpe (4) über dem Mindestarbeitsdruck der Brenn­ stoffdosiereinrichtung (8) und des Brenners (10) liegt.

7. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdosiereinrichtung (8) ein PWM-gesteu­ ertes Magnetventil ist.

8. Heizgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennstoffleitung (9) zwischen Druckschalter oder Drucksensor (22) und Brennstoffdosiereinrichtung (8) ein Druckregler angeordnet ist, welcher die Brennstoffzufuhr zur Brennstoffdosiereinrichtung konstant hält.

9. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher (13) ein Blasenspeicher mit einer Trennmembran und einer Gasfeder ist.

10. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher (13) ein Kraftstoffspeicher mit einer Trennmembran und einer Spiralfeder ist.