DE19906285A1 - Mit Brennstoff betriebenes Heizgerät für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein mit Brennstoff betriebenes Heizgerät für Kraftfahrzeuge, mit einem Zuluftgebläse (4) sowie einer Brennstoffpumpe (3) zur Zuführung von Zuluft bzw. Brennstoff zu einer Brennkammer (1) und mit einer Sensorik für Luftdruck und Lufttemperatur sowie einem Steuergerät (2) zur Steuerung der Brennstoffpumpe und/oder des Zuluftgebläses in Anpassung an aus Luftdruck und Lufttemperatur ermittelten Änderungen der Luftdichte, so daß der Kohlendioxyd-Anteil in den Abgasen des Heizgerätes innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes bleibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein mit Brennstoff betriebenes Heiz­ gerät für Kraftfahrzeuge, mit einem Zuluftgebläse sowie ei­ ner Brennstoffpumpe zur Zuführung von Zuluft bzw. Brennstoff zu einer Brennkammer.

Derartige Heizgeräte werden in großer Zahl serienmäßig in Kraftfahrzeugen eingebaut, um eine vom Fahrzeugmotor unab­ hängige Beheizung des Kraftfahrzeuges und/oder eine zusätz­ liche Beheizung bei geringer Wärmeleistung des Fahrzeugmo­ tors zu ermöglichen, wobei das Heizgerät in der Regel auch als sogenannter Zuheizer zu arbeiten vermag, durch den der Fahrzeugmotor in kurzer Zeit auf Betriebstemperatur gebracht werden kann.

Aus der DE 195 48 225 A1 ist es bekannt, eine regelbare Brennstoffpumpe und/oder ein regelbares Zuluftgebläse vorzu­ sehen und die Regelung in Abhängigkeit vom Luftdruck der At­ mosphäre durchzuführen.

Nach der älteren Patentanmeldung 197 35 079.8 sollen einer­ seits die Lufttemperatur der Atmosphäre und andererseits die Temperatur einer Brennraumkalotte erfaßt und bei der Rege­ lung von Brennstoffpumpe bzw. Zuluftgebläse berücksichtigt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, den Betrieb eines Heizge­ rätes der eingangs angegebenen Art weiter zu optimieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Sensorik für Luftdruck und Lufttemperatur sowie einem Steuergerät zur Steuerung der Brennstoffpumpe und/oder des Zuluftgebläses in Anpassung an aus Luftdruck und Lufttemperatur ermittelten Änderungen der Luftdichte gelöst.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die die Luftdichte der Atmosphäre bestimmenden Parameter zu erfassen und die sich beim Betrieb eines Fahrzeuges oftmals gravie­ rend ändernde Luftdichte beim Heizbetrieb zu berücksichti­ gen. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, daß die Luftdichte und damit der Sauerstoffgehalt der Luft größen­ ordnungsmäßig um den Faktor 2 schwanken können, wenn von ei­ nem Temperaturbereich der Atmosphäre von -40°C bis 30°C und einer geodätischen Höhe zwischen 0 m bis 2500 m ausgegangen wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das Steuergerät innerhalb eines Tole­ ranzbandes der Luftdichte eine Grundeinstellung des Gerätes im wesentlichen unverändert festhält und bei Überschreitung eines oberen Schwellwertes der Luftdichte und/oder bei Un­ terschreitung eines unteren Schwellwertes der Luftdichte, die von der Brennstoffpumpe geförderte Brennstoffmenge und/oder die vom Zuluftgebläse geförderte Zuluftmenge an­ paßt.

Auf diese Weise kann der Regelaufwand vergleichsweise gering gehalten werden. Darüber hinaus wird berücksichtigt, daß die Grundeinstellung des Heizgerätes bei dessen Einbau in das Kraftfahrzeug oder im Zuge der Auslieferung des Kraftfahr­ zeuges ohne nennenswerten Aufwand entsprechend dem normalen Einsatzgebiet des Fahrzeuges vorgenommen werden kann.

Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfin­ dung wird bei Überschreitung des oberen Schwellwertes der Luftdichte die geförderte Brennstoffmenge erhöht, wenn die Temperatur unter einem Schwellwert liegt; dagegen wird die Gebläseleistung bzw. -drehzahl vermindert, wenn die Tempera­ tur über einem Schwellwert liegt.

Bei Unterschreitung des unteren Schwellwertes der Luftdichte wird die geförderte Brennstoffmenge vermindert, wenn die Temperatur über einem Schwellwert liegt; dagegen wird die Gebläseleistung bzw. -drehzahl erhöht, wenn die Temperatur unter einem Schwellwert liegt.

Bei der vorgenannten Regelungsweise wird berücksichtigt, daß erhöhte Gebläsedrehzahlen zu einem überproportional anstei­ genden Leistungsbedarf des Gebläseantriebes führen und wegen erhöhter Geräusche auch unter Komfortgesichtspunkten uner­ wünscht sind, so daß hohe Gebläsedrehzahlen nur dann ange­ messen erscheinen, wenn eine hohe Heizleistung des Gerätes wünschenswert ist bzw. im Vordergrund steht.

Gegebenenfalls kann vom Fahrer ein Komfortbetrieb einge­ stellt werden, bei dem die Gebläseleistung bzw. -drehzahl auf einen vorgegebenen Wert - Standardwert - begrenzt bleibt.

Statt dessen kann gegebenenfalls auch ein Leistungsbetrieb einstellbar sein, bei dem geringe Luftdichten durch Erhöhung der Gebläseleistung bzw. -drehzahl kompensiert werden.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin­ dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung näher beschrieben werden.

Dabei zeigt Fig. 1 ein Diagramm, welches die Luftdichte als Funktion der geodätischen Höhe und Temperatur wiedergibt,

Fig. 2 ein entsprechendes Diagramm, welches den CO₂-Gehalt der Abgase bei einer beispielhaften konstanten Ein­ stellung von Zuluft- und Brennstoffmenge in Abhän­ gigkeit von der geodätischen Höhe und Temperatur zeigt, und

Fig. 3 ein schematisiertes Blockschaltbild eines erfin­ dungsgemäßen Heizgerätes.

Im Diagramm der Fig. 1 ist die geodätische Höhe, d. h. die Höhe über Normal-Null, in Metern (m) und die Lufttemperatur in Grad Celsius (°C) und die Luftdichte in kg/m³ angegeben. Es ist erkennbar, daß die Luftdichte in einem weiten Bereich schwanken kann, und zwar auch dann, wenn lediglich ein durch Rahmen R umgrenzter Bereich mit einer geodätischen Höhe zwi­ schen 0 m und 2000 m und einer Lufttemperatur zwischen -40°C und 30°C betrachtet wird. Dies ist gleichbedeutend da­ mit, daß das Verhältnis zwischen Sauerstoffmenge und Luftvo­ lumen entsprechend stark schwanken kann.

Wenn nun der Betrieb eines Heizgerätes mit einem konstanten Verhältnis zwischen Brennstoffmenge und Volumen der der Brennkammer zugeleiteten Zuluft erfolgen sollte, müßte der Kohlendioxyd-Gehalt im Abgas des Heizgerätes sehr stark schwanken, wie es in Fig. 2 beispielhaft dargestellt ist. Dort wird beispielsweise von einer Konstant-Einstellung von Zuluftvolumen und Brennstoffmenge ausgegangen, derart, daß sich bei 25°C und einer geodätischen Höhe von ca. 250 m ein Kohldioxyd-Gehalt im Abgas von ca. 10% ergibt.

Es wird erkennbar, daß durch Änderungen der Temperatur sowie der geodätischen Höhe starke Veränderungen des Kohlendioxyd- Gehaltes auftreten würden, wobei eine Erhöhung des Kohlendi­ oxyd-Gehaltes mit einer unerwünschten Erhöhung der Brennkam­ mertemperatur verbunden und eine stärkere Absenkung des Koh­ lendioxyd-Gehaltes gleichbedeutend mit einem verschlechter­ ten Wirkungsgrad des Heizgerätes ist.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, die dem Heizgerät zur Verbrennung zugeführte Zuluft und/oder den für die Verbren­ nung zugeleiteten Brennstoff mengenmäßig so zu verändern; daß der Kohlendioxyd-Gehalt der Abgase in einem vorgegebenen Bereich von beispielsweise 8% bis 12% bleibt.

Ein dazu geeignetes Heizgerät ist schematisiert in Fig. 3 dargestellt.

Dieses Heizgerät besitzt eine Brennkammer 1 sowie ein Steu­ ergerät 2, welches ausgangsseitig mit einer Brennstoffpumpe 3 sowie einem Zuluftgebläse 4 verbunden ist und dementspre­ chend die Zufuhr von Brennstoff und Luft zur Brennkammer 1 steuert. Eingangsseitig ist das Steuergerät 2 mit einem Tem­ peraturfühler 5 für die Temperatur der Umgebungsluft bzw. Atmosphäre sowie einem Luftdruckmesser 6 verbunden, dessen Signale den jeweiligen Luftdruck der Atmosphäre wiedergeben. Damit kann das Steuergerät 2 die jeweilige Luftdichte be­ stimmen und das Verhältnis von zugeführtem Brennstoff und Zuluft unter Berücksichtigung der Luftdichte optimieren.

Des weiteren ist das Steuergerät 2 mit einer vom Fahrer be­ tätigbaren Sollwerteingabe 7 für die gewünschte Innenraum­ temperatur im Fahrzeug sowie einem Istwertgeber 8 für die Innenraumtemperatur gekoppelt, um den Betrieb des Heizgerä­ tes bedarfsgerecht ein- bzw. ausschalten zu können.

Um nun die Dichteschwankungen der Zuluft auszugleichen, kann einerseits die Drehzahl des Zuluftgebläses und andererseits die Fördermenge der Brennstoffpumpe 3 verändert werden.

Wenn die Luftdichte um den Faktor 1/x geringer wird, kann dies durch eine Erhöhung der Gebläsedrehzahl um den Faktor x kompensiert werden. Dies hat allerdings den Nachteil einer Erhöhung des Gebläsegeräusches. Darüber hinaus steigt die Leistungsaufnahme des Gebläses etwa um den Faktor x². Diesen Nachteilen steht der Vorteil einer trotz Verringerung der Luftdichte gleichbleibenden Heizleistung gegenüber.

Wenn sich die Luftdichte erhöht, bietet eine Regelung des Kohlendioxyd-Gehaltes der Abgase des Heizgerätes über eine Regelung der Zuluft den Vorteil, daß die Gebläseleistung un­ ter Verminderung der Gebläsegeräusche deutlich vermindert werden kann.

Falls der Kohlendioxyd-Gehalt der Abgase allein über eine Regelung der Brennstoffmenge in einem vorgegebenen Bereich gehalten werden soll, muß die Brennstoffmenge bei geringer werdender Luftdichte vermindert werden, so daß im Ergebnis die Heizleistung mit steigender Temperatur und zunehmender geodätischer Höhe absinkt.

Andererseits steigt die Heizleistung bei zunehmender Luft­ dichte, weil in diesem Falle die Brennstoffmenge erhöht wird.

Vorteilhaft ist bei einer Beeinflussung des Kohlendioxyd- Gehaltes der Abgase über die Brennstoffmenge, daß die Lei­ stungsaufnahme des Zuluftgebläses weitestgehend konstant bleibt und eine Geräuscherhöhung des Zuluftgebläses vermie­ den wird. Darüber hinaus wird bei Luftheizgeräten ein An­ stieg der Temperatur der Heizluft bzw. bei Wasserheizgeräten ein Anstieg der Bauteiltemperatur verhindert.

Aufgrund von Versuchen hat sich als vorteilhaft herausge­ stellt, hinsichtlich Leistung des Zuluftgebläses 4 und der Fördermenge der Brennstoffpumpe 3 eine Grundeinstellung für vorgegebene Normbedingungen vorzunehmen, etwa derart, daß sich bei diesen Normbedingungen ein Kohlendioxyd-Anteil in den Abgasen von etwa 10% ergibt.

Bei gegenüber den Normbedingungen verminderter Luftdichte wird ein Anstieg des Kohlendioxyd-Gehaltes bis auf ca. 12% toleriert, wobei sowohl die Leistung des Zuluftgebläses 4 als auch die Fördermenge der Brennstoffpumpe 3 gegenüber der Grundeinstellung unverändert bleiben, solange aufgrund des Zuluft-Brennstoff-Verhältnisses ein Kohlendioxyd-Anteil von unter 12% erwartet werden kann.

Erst wenn ein Kohlendioxyd-Anteil von über 12% zu erwarten wäre, wird der Volumenstrom der Zuluft oder die zugeführte Brennstoffmenge verändert. Dabei wird in der Regel im Hin­ blick auf einen hohen Komfort durch geringe Geräuschbelästi­ gung bei absinkender Luftdichte nur die Brennstoffmenge ver­ mindert und von einer Erhöhung der Drehzahl des Zuluftgeblä­ ses 4 abgesehen. Bei höher werdender Luftdichte wird in der Regel die Leistung des Zuluftgebläses 4 zurückgesetzt, wäh­ rend die Brennstoffmenge unverändert bleibt. Sollten aller­ dings bei hoher Luftdichte sehr tiefe Außentemperaturen auf­ treten, wird bei normaler Einstellung des Lüftergebläses 4 die Brennstoffmenge erhöht.

Es wird darauf hingewiesen, daß in den Unteransprüchen ent­ haltene, selbständig schutzfähige Merkmale trotz der vorge­ nommenen formalen Rückbeziehung auf den Hauptanspruch auch eigenständigen Schutz haben sollen. Im übrigen fallen sämt­ liche in den gesamten Anmeldungsunterlagen enthaltene erfin­ derische Merkmale in den Schutzumfang der Erfindung.

Claims (8)

1. Mit Brennstoff betriebenes Heizgerät für Kraftfahrzeuge, mit einem Zuluftgebläse (4) sowie einer Brennstoffpumpe (3) zur Zuführung von Zuluft bzw. Brennstoff zu einer Brennkam­ mer (1) und mit einer Sensorik (5, 6) für Luftdruck und Luft­ temperatur sowie einem Steuergerät (2) zur Steuerung der Brennstoffpumpe und/oder des Zuluftgebläses in Anpassung an aus Luftdruck und Lufttemperatur ermittelten Änderungen der Luftdichte.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (2) innerhalb eines Toleranzbandes der Luftdichte eine Grundeinstellung des Gerätes im wesentlichen unverändert festhält und bei Überschreitung eines oberen Schwellwertes der Luftdichte und/oder bei Unterschreitung eines unteren Schwellwertes der Luftdichte, die von der Brennstoffpumpe (3) geförderte Brennstoffmenge und/oder die vom Zuluftgebläse (4) geförderte Luftmenge anpaßt.

3. Heizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreitung des oberen Schwellwertes der Luft­ dichte die geförderte Brennstoffmenge erhöht wird, wenn die Temperatur unter einem Schwellwert liegt.

4. Heizgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreitung des oberen Schwellwertes der Luft­ dichte die Gebläseleistung bzw. -drehzahl vermindert wird, wenn die Temperatur über einem Schwellwert liegt.

5. Heizgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreitung des unteren Schwellwertes der Luft­ dichte die geförderte Brennstoffmenge vermindert wird, wenn die Temperatur über einem Schwellwert liegt.

6. Heizgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreitung des unteren Schwellwertes der Luft­ dichte die Gebläseleistung bzw. -drehzahl erhöht wird, wenn die Temperatur unter einem Schwellwert liegt.

7. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Komfortbetrieb einstellbar ist, bei dem die Gebläse­ leistung bzw. -drehzahl auf einen vorgegebenen Wert - Stan­ dardwert - begrenzt bleibt.

8. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leistungsbetrieb einstellbar ist, bei dem geringe Luftdichten durch Erhöhung der Gebläseleistung bzw. -drehzahl kompensiert werden.