DE19645196B4

DE19645196B4 - Liquid fuel heater

Info

Publication number: DE19645196B4
Application number: DE19645196A
Authority: DE
Inventors: Michael Humburg; Dirk Brenner; Tobias Knies; Peter Steiner
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1996-11-02
Filing date: 1996-11-02
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2016-11-03
Also published as: DE19645196A1

Abstract

Flüssigbrennstoffbetriebenes Heizgerät mit einer Brennkammer (1), mit einem in die Brennkammer (1) führenden Lufteinströmkanal (3) zur Zufuhr von Verbrennungsluft und mit einer variablen mechanischen Drossel (2) zur Querschnittsveränderung des Lufteinströmkanals (3),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Drossel (2) eine einen zentralen Stößel (17) aufweisende Stellplatte (8) umfasst, welche in einem in die Brennkammer (1) hineinragenden konzentrischen Luftzuführungsstutzen (10) des Lufteinströmkanals (3) axial verschieblich und/oder axial verdrehbar geführt ist,
wobei der Luftzuführungsstutzen (10) Mantelöffnungen (11) aufweist, deren Verbrennungsluftdurchtrittsquerschnitte bei einem Axialverschieben und/oder Verdrehen der Stellplatte (8) veränderbar sind.Liquid fuel heater with a combustion chamber (1), with an air inlet channel (3) leading into the combustion chamber (1) for supplying combustion air and with a variable mechanical throttle (2) for changing the cross section of the air inlet channel (3),
characterized,
the throttle (2) comprises an actuating plate (8) having a central plunger (17) which is guided in an axially displaceable and / or axially rotatable manner in a concentric air feed connection (10) of the air inflow channel (3) projecting into the combustion chamber (1),
wherein the air supply nozzle (10) has jacket openings (11) whose combustion air passage cross sections can be changed during an axial displacement and / or rotation of the positioning plate (8).

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein derartiges Heizgerät ist aus der EP 547 350 B1 bekannt. Standheizgeräte sind als Zusatz-Heizgeräte z.B. für die Aufheizung von Kabinen von Kraftfahrzeugen, Schiffen und Baumaschinen bekannt, wobei die Heizgeräte für eine bestimmte Nennleistung ausgelegt sind, so dass auch unter extremen Bedingungen eine ausreichende Beheizung bei stillstehendem Fahrzeugmotor bzw. eine Zuheizung bei laufendem Fahrzeugmotor möglich ist. Wenn nur eine geringe Wärmeabgabe verlangt wird, wird dies bei bekannten Heizgeräten insbesondere durch einen Intervallbetrieb oder durch einen Betrieb mit Teillast, normalerweise mit 1/4 Last als Mindeststufe erreicht.The invention relates to a heater according to the preamble of claim 1. Such a heater is from the EP 547 350 B1 known. Parking heaters are known as auxiliary heaters, for example for the heating of cabins of motor vehicles, ships and construction machines, the heaters are designed for a specific rated power, so that even under extreme conditions sufficient heating when the vehicle engine is stationary or an additional heating with the vehicle engine running is. If only a small heat release is required, this is achieved in known heaters in particular by an interval operation or by operation with partial load, usually with 1/4 load as the minimum level.

Brenner derartiger Heizgeräte werden unabhängig vom Modus der Brennstoffzufuhr und der Gemischaufbereitung bei Volllast mit einer Luftzahl von Lambda = 1,2 bis 1,5 betrieben. Um einen Brenner im Teillastbereich zu betreiben, muss die Brennstoffmenge entsprechend dem geänderten Leistungsverhältnis (Teillast zu Volllast) reduziert werden. Um eine einwandfreie saubere Verbrennung zu erhalten, muss dabei auch Verbrennungsluftmenge angepasst werden. Dabei hat sich gezeigt, dass bei der üblichen 1/4 Teillast Luftzahlen von Lambda = 2 die relativ besten Verbrennungswerte ergeben. Dies hängt jedoch wesentlich von der Ausgestaltung des Brenners ab. So ergeben sich für einige bekannte Brennkammern Luftzahlen im Bereich von Lambda = 3 bis 4. Diese hohen Luftzahlen sind erforderlich, um im Teillastbetrieb noch eine ausreichend saubere Verbrennung mit noch tolerablen Emissionswerten zu erhalten. Die erforderliche Reduzierung der Verbrennungsluftmenge erfolgt bei den bekannten Heizgeräte entsprechend dem Verhältnis Teillast zu Volllast normalerweise durch Herabsetzung der Gebläsedrehzahl, die natürlich aus den aufgezeigten Gründen nicht direkt proportional zur Reduzierung der Brennstoffförderung erfolgt.burner such heaters become independent from the mode of fuel supply and mixture preparation at full load operated with an air ratio of lambda = 1.2 to 1.5. To one To operate burners in the partial load range, the amount of fuel must according to the changed performance ratio (Part load to full load) can be reduced. To a flawless clean Combustion must also be adjusted while combustion air quantity. It has been shown that at the usual 1/4 part load air figures of lambda = 2 which gives the best combustion values. This depends however substantially from the design of the burner. So arise for some known combustion chambers air numbers in the range of lambda = 3 to 4. These high air numbers are required to operate in partial load still a sufficiently clean combustion with still tolerable emission values to obtain. The required reduction in the amount of combustion air takes place in the known heaters according to the ratio partial load at full load, usually by reducing the fan speed, the course for the reasons shown not directly proportional to the reduction in fuel production he follows.

Das Erfordernis, im Teillastbereich ein Heizgerät mit hoher Luftzahl zu betreiben, hat jedoch den Nachteil, dass das Überangebot an Verbrennungsluft zu einem Auskühlen der Flamme führt und damit den Ausbrand negativ beeinflusst. Es besteht ferner der Nachteil, dass das Heizgerät nicht mit geringeren Teillasten als etwa 1/4 betrieben werden kann, was jedoch zur Befriedigung der gestiegenen Komfortansprüche nicht mehr ausreicht. Speziell bei Nutzfahrzeugen werden heute Bereiche von 1:10 bis 1:15 erwünscht. So verlangt z.B. die Motorvorwärmung eines Lastkraftwagens eine Heizleistung von 10 KW, während für die Beheizung einer Schlafkabine 1 KW ausreichend ist. Eine kleinere Teillast als 1/4 ist auch erstrebenswert, um im Betrieb eines Heizgeräts möglichst wenig Zündungen aufgrund von Ausregelungen zu haben. Dadurch wird die Fahrzeugbatterie geschont.The Requirement to operate a high-air-pressure heater in the partial load range, However, has the disadvantage that the oversupply of combustion air to a cool the flame leads and thus negatively affected the burnout. There is also the disadvantage that the heater can not be operated with lower partial loads than about 1/4, but not to satisfy the increased comfort requirements more is sufficient. Especially in commercial vehicles are today areas from 1:10 to 1:15 desired. For example, the engine preheating of a truck a heating power of 10 KW, while for heating a sleeping cabin 1 KW is sufficient. A smaller partial load as 1/4 is also desirable in order to operate a heater as possible little ignitions because of disagreements. This turns the vehicle battery spared.

Problematisch ist also die Schaffung einer geeigneten Brennkammer für einen Regelbereich von bis zu 1:10 oder 1:15 zwischen großer und kleiner Heizleistungsstufe bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer gewissen Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft, welche zur besseren Durchmischung des brennfähigen Gemisches beiträgt. Bei Kleinstellung des Geräts wird die Gebläsemotordrehzahl entsprechend abgesenkt, was dann zwar eine angepasste Verbrennungsluftmenge bewirkt, aber ebenso eine niedrige Luftgeschwindigkeit und damit eine schlechte Aufbereitung des Gemisches. Neben schlechten CO-Werten ist zumeist auch eine deutlich höhere Rußzahl zu verzeichnen.Problematic So it is the creation of a suitable combustion chamber for one Control range of up to 1:10 or 1:15 between large and small heat output level while maintaining a certain flow velocity of Combustion air, which for better mixing of the combustible mixture contributes. At low position of the device will be the fan motor speed lowered accordingly, which then although an adapted amount of combustion air causes, but also a low airspeed and thus a poor preparation of the mixture. Besides bad CO values is usually also a much higher soot to record.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Heizgeräts der eingangs genannten Art mit einem großen Funktionsbandbereich zwischen Volllast zu Teillast im Bereich von bis zu 1:15, und zwar mit Hilfe einfacher Mittel, wobei das Heizgerät flexibel eingesetzt und gleichwohl zuverlässig, wirkungsvoll und insbesondere schadstoffarm betrieben werden kann.task The invention is the creation of a heater of the type mentioned with a great Function band range between full load to partial load in the range of up to 1:15, with the help of simple means, with the heater used flexibly and yet reliable, can be operated effectively and in particular low pollution.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein Heizgerät der im Anspruch 1 angegebenen Art.Is solved the problem underlying the invention by a heater of the Claim 1 specified type.

Das Heizgerät wird vorteilhaft weitergebildet durch die Merkmale des Unteranspruchs 2.The heater is advantageously further developed by the features of the subclaim Second

Insbesondere erfolgt die Querschnittsveränderung des Lufteinströmkanals unmittelbar vor der Brennkammer.Especially the change in cross section occurs the air inflow channel immediately in front of the combustion chamber.

Bei Volllastbetrieb des Heizgeräts wird zweckmäßigerweise der volle Querschnitt des Lufteinströmkanals freigegeben und in jedem Teillastbetrieb der Querschnitt des Lufteinströmkanals durch Verstellen der Drossel entsprechend verkleinert, insbesondere durch stufenloses Verstellen.at Full load operation of the heater is expediently the full cross section of the air inflow channel is released and in each partial load operation, the cross section of the air inflow reduced by adjusting the throttle accordingly, in particular through stepless adjustment.

Zusätzlich zur Querschnittsverkleinerung des Lufteinströmkanals kann bei Teillastbetrieb die reduzierte Gebläsedrehzahl (geringfügig) wieder erhöht werden, wodurch auch bei Teillast sehr gute Emissionswerte gegeben sind (niedrige CO-Werte, Rußzahlverbesserung von ca. 30%).In addition to Reduction in cross-section of the air inflow can at part load operation the reduced fan speed (Minor) raised again which gives very good emission values even at partial load are (low CO values, soot index improvement of about 30%).

Die variable mechanische Drossel kann zweckmäßigerweise für eine Grundeinstellung eines individuellen Heizgeräts manuell vorab eingestellt werden.The variable mechanical throttle may suitably for a basic setting an individual heater be set manually in advance.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die variable mechanische Drossel durch einen von einem Steuergerät angesteuerten Stellantrieb entsprechend der Regel- oder Steuercharakteristik des Heizgeräts verstellt wird.In particular, it may be provided that the variable mechanical throttle corre sponding by an actuator controlled by a control unit Depending on the control or control characteristic of the heater is adjusted.

Der Stellantrieb kann ein elektromotorisch angetriebener Schneckentrieb oder ein Schrittmotor sein, aber auch ein elektromagnetisch betätigbarer Stellantrieb mit einer Magnetspule und einer Rückstellfeder.Of the Actuator can be an electric motor driven worm drive or a stepper motor, but also an electromagnetically operated actuator with a solenoid and a return spring.

Die Stellplatte besitzt vorteilhafterweise eine topfartige Umfangswand, welche ihrerseits Manteldurchtrittsöffnungen aufweist, die bei einem Verschieben und/oder Verdrehen der Stellplatte deckungsgleich mit den Mantelöffnungen des Luftzuführungsstutzens gebracht werden können.The Stellplatte advantageously has a cup-like peripheral wall, which in turn has jacket passage openings at a displacement and / or rotation of the control plate congruent with the mantle openings of the air supply nozzle can be brought.

Durch die Erfindung ergibt sich eine verstellbare Luftzuführung (z.B. Luftführungsschlitze, variabel hinsichtlich Geometrie und Position im Innern der Brennkammer). Die Strömungsgeschwindigkeit und auch der "Eintrittsort" der Verbrennungsluft sind beeinflussbar.By the invention results in an adjustable air supply (e.g. Air guide slots variable in terms of geometry and position inside the combustion chamber). The flow velocity and also the "entry point" of the combustion air are influenceable.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert; es zeigen:The Invention will now be described with reference to exemplary embodiments with reference on the attached Drawing closer explains; show it:

1 eine Brennkammer eines Kraftfahrzeug-Standheizgeräts im Einströmbereich der Verbrennungsluft mit einem elektromagnetisch betätigbarem Stellelement schematisch in einem Axialschnitt, 1 a combustion chamber of a motor vehicle parking heater in the inflow region of the combustion air with an electromagnetically operable actuator schematically in an axial section,

2 die Brennkammer nach 1 mit Darstellung eines elektromotorischen Schneckentriebs, 2 the combustion chamber after 1 with representation of an electromotive worm drive,

3 die Brennkammer nach 1 mit einem anderen Stellelement in einer Zwischenstellung bzw. Teillaststellung, 3 the combustion chamber after 1 with another actuator in an intermediate position or partial load position,

4 die Brennkammer nach 3 mit dem anderen Stellelement in der End- oder Volllaststellung, 4 the combustion chamber after 3 with the other actuator in the end or full load position,

5 Brennkammer und anderes Stellelement der 3 und 4 in einer auseinandergezogenen Darstellung und 5 Combustion chamber and other actuator of the 3 and 4 in an exploded view and

6 eine Anordnung ähnlich 4 mit dem anderen Stellelement in einer rotatorischen Zwischenstellung. 6 an arrangement similar 4 with the other actuator in a rotational intermediate position.

In der Zeichnung sind Anordnungen zur Steuerung oder Regelung von motorunabhängig betriebenen Kfz-Standheizungen gezeigt, wobei für eine ausreichende Flüssigbrennstoff-Verbrennungsluft-Gemischbildung die Verbrennungsluft L dahingehend beeinflusst wird, dass auch bei Teillast unter Herabsetzung der Drehzahl des Gebläsemotors die für eine gute Gemischbildung erforderliche Eintrittsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft L in die Brennkammer 1 gegeben ist.In the drawing, arrangements are shown for the control or regulation of independently operated motor vehicle parking heaters, for sufficient liquid fuel combustion mixture formation, the combustion air L is influenced to the effect that even at partial load while reducing the speed of the fan motor required for a good mixture formation speed entry the combustion air L in the combustion chamber 1 given is.

Die Anpassung der Eintrittsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft L geschieht durch Verstellen einer variablen mechanischen Drossel 2 zur Querschnittsveränderung des in die Brennkammer 1 führenden Lufteinströmkanals 3, wobei die Querschnittsveränderung des Lufteinströmkanals 3 einschließlich die Geometrie und der Ort der Einströmung unmittelbar vor der Brennkammer 1 erfolgt.The adjustment of the inlet velocity of the combustion air L is done by adjusting a variable mechanical throttle 2 for the change in cross section of the combustion chamber 1 leading air inflow channel 3 , wherein the cross-sectional change of the Lufteinströmkanals 3 including the geometry and location of the inflow immediately before the combustion chamber 1 he follows.

Bei Volllastbetrieb A des Heizgeräts wird der volle Querschnitt des Lufteinströmkanals 3 freigegeben und in jedem Teillastbetrieb B der Querschnitt des Lufteinströmkanals 3 durch Verstellen der Drossel 2 entsprechend verkleinert.At full load operation A of the heater becomes the full cross section of the air inflow channel 3 released and in each part-load operation B, the cross-section of the air inflow 3 by adjusting the throttle 2 reduced accordingly.

Die variable mechanische Drossel 2 wird zweckmäßigerweise für eine Grundeinstellung eines individuellen Heizgeräts manuell vorab eingestellt, wobei in besonderer Ausführungsvariante die variable mechanische Drossel 2 durch einen von einem Steuergerät angesteuerten Stellantrieb 4 entsprechend der Regel- oder Steuercharakteristik des Heizgeräts verstellt werden kann.The variable mechanical throttle 2 is suitably set manually in advance for a basic setting of an individual heater, wherein in a particular embodiment, the variable mechanical throttle 2 by an actuator controlled by a control unit 4 can be adjusted according to the control or control characteristic of the heater.

Im besonderen ist gemäß 1 eine Anordnung eines mit Flüssigbrennstoff motorunabhängig betriebenen Standheizgeräts eines Kraftfahrzeugs gezeigt, welche eine rohrförmige Brennkammer 1 mit einem stirnseitigen Lufteinströmkanal 3 besitzt, dem in unmittelbarer Vorordnung zum Brennkammerinnern zumindest eine variable mechanische Drossel 2 in Form eines den Querschnitt des Lufteinströmkanals 3 verändernden mechanischen Stellelements zugeordnet ist.In particular, according to 1 an arrangement of a liquid fuel engine independent operated parking heater of a motor vehicle shown which a tubular combustion chamber 1 with a frontal Lufteinströmkanal 3 has, in the immediate Vorordnung to the combustion chamber interior at least one variable mechanical throttle 2 in the form of a cross section of the air inflow channel 3 associated with changing mechanical actuating element.

Das Stellelement ist eine axial verschiebliche runde Stellplatte 8 mit einem zentralen Stößel 17, welche in einem in die (Verdampfer-)Brennkammer 1 hineinragenden konzentrischen Luftzuführungsstutzen 10 des Lufteinströmkanals 3 geführt aufgenommen ist.The actuator is an axially displaceable round actuator plate 8th with a central plunger 17 , which in one in the (evaporator) combustion chamber 1 protruding concentric air supply pipe 10 the air inflow channel 3 is recorded guided.

Der Luftzuführungsstutzen 10 weist Mantelöffnungen 11 auf, deren Durchtrittsquerschnitte bei einem Axialverschieben der Stellplatte 8 veränderbar sind.The air supply pipe 10 has shell openings 11 on, whose passage cross-sections at an axial displacement of the actuator plate 8th are changeable.

Der Stößel 17 der Stellplatte ist mit einem elektromagnetisch betätigbaren Stellantrieb in Form einer Magnetspule 6 und einer Rückstellfeder 7 verbunden.The pestle 17 the control plate is equipped with an electromagnetically actuated actuator in the form of a solenoid 6 and a return spring 7 connected.

Ersichtlich kann also der "Ventil"-Teller bzw. die Stellplatte 8 gemäß 1 durch einen Solenoid und eine druckbeanspruchte Rückstellfeder 7 aus der normalerweise stromlosen Volllaststellung A bei Stromanlegung "verkürzt" und zumindest in eine definierte Teillaststellung B oder Keinstellung axial verschoben werden, wobei die wirksamen Durchtrittsquerschnitte des Luftzuführungsstutzens, welche insbesondere Längsschlitze 11 sind, verkleinert werden. Die verringerten Ausströmquerschnitte verursachen eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit.Obviously, therefore, the "valve" plate or the control plate 8th according to 1 by a solenoid and a pressure-loaded return spring 7 from the normally de-energized full load position A at power application "shortened" and at least in a de Finished part load B or no position are moved axially, the effective passage cross-sections of the air supply nozzle, which in particular longitudinal slots 11 are to be downsized. The reduced outflow cross sections cause an increase in the flow velocity.

Die Brennkammer 1 nach 2 entspricht derjenigen nach 1, auch das nicht gezeigte Stellelement in Form der Stellplatte 8. Als Stellantrieb ist jedoch in dieser Ausführungsvariante ein elektromotorisch angetriebener Schneckentrieb 5 vorgesehen, der eine stufenlose Axialverstellung der Stellplatte 8 erlaubt, welche umfangsmäßig im Innern des Luftzuführungsstutzens geführt ist.The combustion chamber 1 to 2 corresponds to that after 1 , Also, not shown adjusting element in the form of the adjusting plate 8th , As an actuator, however, in this embodiment, an electric motor driven worm drive 5 provided that a stepless axial adjustment of the actuator plate 8th allowed, which is guided circumferentially in the interior of the air supply nozzle.

Als Stellantrieb kann auch beispielsweise ein Schrittmotor mit vielen Schaltstellungen vorgesehen sein.When Actuator can also be, for example, a stepper motor with many Switch positions can be provided.

In den 3, 4 und 5 ist eine Brennkammer der vorbeschrieben Art in Verbindung mit einer Stellplatte 8 gezeigt, welche eine topfartige Umfangswand 12 besitzt. Die Umfangswand 12 enthält Manteldurchtrittsöffnungen 13, die bei einem axialen Verschieben der Stellplatte 8 deckungsgleich mit den Mantelöffnungen 11 des Luftzuführungsstutzens 10 gebracht werden können, wie dies in 3 dargestellt ist. Letztgenannte Stellung kann eine Mindest- oder Kleinststellung sein. Ersichtlich können jedoch die wirksamen Durchtrittsquerschnitte weiter verkleinert werden, sofern dies bei einem individuellen Heizgerät gewünscht ist. Die Volllaststellung A ist in 4 gezeigt. Diese wird durch Axialverschiebungen der Stellplatte ins Brennkammerinnere erreicht. Das Stellelement ist der Geometrie der Luftführung der Brennkammer angepasst. Der "Eintrittsort" der Luft kann verlagert werden.In the 3 . 4 and 5 is a combustion chamber of the type described above in connection with a parking plate 8th shown which a cup-shaped peripheral wall 12 has. The peripheral wall 12 contains jacket passage openings 13 , in an axial displacement of the adjusting plate 8th congruent with the shell openings 11 of the air supply nozzle 10 can be brought, as in 3 is shown. The latter position may be a minimum or minimum position. However, it can be seen that the effective passage cross-sections can be further reduced, if this is desired for an individual heater. The full load position A is in 4 shown. This is achieved by axial displacements of the adjusting plate into the combustion chamber interior. The control element is adapted to the geometry of the air duct of the combustion chamber. The "entry point" of the air can be shifted.

Das in 5 veranschaulichte Stellelement entspricht demjenigen nach den 3 bis 6. Dieses erlaubt durch entsprechenden Rotationsantrieb eine rotatorische Bewegung (gegebenenfalls zusätzlich zu einer Axialbewegung), das weitere Steuermöglichkeiten eines individuellen Heizgeräts hinsichtlich der zugeführten Luftmenge eröffnet.This in 5 illustrated actuator corresponds to that of the 3 to 6 , This allows by appropriate rotary drive a rotational movement (possibly in addition to an axial movement), which opens up further control options of an individual heater with respect to the amount of air supplied.

Claims

Liquid fuel heater with a combustion chamber ( 1 ), with one in the combustion chamber ( 1 ) leading air inflow channel ( 3 ) for the supply of combustion air and with a variable mechanical throttle ( 2 ) for changing the cross section of the air inflow channel ( 3 ), characterized in that the throttle ( 2 ) a central plunger ( 17 ) having actuating plate ( 8th ), which in one into the combustion chamber ( 1 ) concentric air supply nozzle ( 10 ) of the air inflow channel ( 3 ) is guided axially displaceable and / or axially rotatable, wherein the air supply nozzle ( 10 ) Shell openings ( 11 ), whose combustion air passage cross-sections at an axial displacement and / or rotation of the control plate ( 8th ) are changeable.

Heater according to claim 1, wherein the adjusting plate ( 8th ) a pot-like peripheral wall ( 12 ) with jacket passage openings ( 13 ), which in an axial displacement and / or rotation of the adjusting plate ( 8th ) with the shell openings ( 11 ) of the air supply nozzle ( 10 ) can be brought into overlap.