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Die
Erfindung betrifft eine Steuerung eines mit Brennstoff betriebenen
Heizgerätes,
insbesondere für
Kraftfahrzeuge, mit elektrischem Zuluftgebläse sowie elektrischer Brennstoffpumpe
zur Zuführung von
Zuluft und Brennstoff zu einer Brennkammer des Heizgerätes, mit
einer das Zuluftgebläse
und/oder die Brennstoffpumpe betätigenden
Steuerschaltung oder -einheit.
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Ein
Heizgerät
mit einer derartigen Steuerung geht aus der
DE 199 06 285 A1 hervor.
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Aus
der
DE 195 02 082
A1 ist es bekannt, ein Zusatzheizgerät in einem Kraftfahrzeug mittels
eines Zusatzsteuergeräts
zu einem kraftfahrzeugmotorunabhängigen
Heizgerät
aufzurüsten. Über dieses
bekannte Zusatzsteuergerät
lassen sich eine elektrische Kühlwasserpumpe,
das Fahrzeuggebläse
sowie die Brennstofffördereinrichtung
ansteuern.
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Gattungsgemäße Heizgeräte werden
in großer
Zahl serienmäßig in Kraftfahrzeuge
eingebaut, um eine vom Fahrzeugmotor unabhängige Beheizung des Kraftfahrzeuges
und/oder eine zusätzliche Beheizung
bei geringer Wärmeleistung
des Fahrzeugmotors zu ermöglichen,
wobei das Heizgerät
gegebenenfalls auch als sogenannter Zuheizer zu arbeiten vermag,
durch den der Fahrzeugmotor in kurzer Zeit auf Betriebstemperatur
gebracht werden kann.
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Im
Zusammenhang mit der Steuerung eines solchen Heizgerätes ist
es aus der
DE 195
48 225 A1 bekannt, eine regelbare Brennstoffpumpe und/oder ein
regelbares Zuluftgebläse
vorzu sehen und die Regelung in Abhängigkeit vom Luftdruck der
Atmosphäre
durchzuführen.
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Nach
der älteren
deutschen Patentanmeldung 199 06
285.4 ist vorgesehen, die sich beim Betrieb eines Fahrzeuges
oftmals gravierend ändernde Luftdichte
beim Heizbetrieb zu berücksichtigen.
Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass die Luftdichte und
dementsprechend der Sauerstoffgehalt der Luft größenordnungmäßig um den Faktor 2 schwanken
können,
wenn von einem Temperaturbereich der Atmosphäre von –40°C bis 30°C und einer geodätischen
Höhe zwischen
0 m bis 2.500 m ausgegangen wird.
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Die
Luftdichte wird nach der älteren
Anmeldung durch Erfassung von Luftdruck und Lufttemperatur ermittelt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es nun, ein besonders vorteilhaftes Konzept für die Berücksichtigung der
Luftdichte bzw. die Kompensation von Luftdichteänderungen beim Heizbetrieb
aufzuzeigen.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Steuerung der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß durch eine
nachrüstbare
bzw. wahlweise montierbare Zusatzsteuerung gelöst, welche den Betrieb der
Brennstoffpumpe und/oder des Zuluftgebläses an Luftdichteänderungen
anpaßt.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine am Heizgerät bereits
vorhandene Steuerschaltung bzw. -einheit durch eine Zusatzsteuerung
aufzurüsten
bzw. für
das Heizgerät
als Standardsteuerung eine vergleichsweise einfache und preiswürdige Steuerschaltung
oder -einheit vorzusehen und diese bei Bedarf mit der Zusatzsteuerung
zu komplettieren. Die Erfindung bietet einerseits die Möglichkeit,
vorhandene Heizgeräte
entsprechend den zunehmend strenger werdenden Betriebsvorschriften
auf eine die Umweltbelastung minimierende Betriebsweise umzustellen.
Andererseits können Neugeräte bedarfsgerecht
hergestellt werden, da bei entsprechenden Einsatzbedingungen auf
gegebenenfalls nicht notwendige Zusatzausrüstung unter Einsparung von
Kosten verzichtet werden kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung kann die Zusatzsteuerung elektrisch der Brennstoffpumpe
und/oder dem Zuluftgebläse vorgeschaltet
sein und einen von der Steuerschaltung oder -einheit gesteuerten
elektrischen Betriebsstrom für
die Brennstoffpumpe bzw. das Zuluftgebläse luftdichteabhängig modifizieren.
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Eine
derartige Bauweise läßt sich
praktisch unabhängig
von der Bauart des Heizgerätes
sowie der Steuerschaltung bzw. -einheit verwirklichen, weil es genügt, die
Zusatzsteuerung elektrisch zwischen die Steuerschaltung bzw. -einheit
und das Zuluftgebläse
bzw. die Brennstoffpumpe zu schalten, wobei auch eine vom Heizgerät bzw. der
Steuerschaltung oder -einheit entfernte Anordnung der Zusatzsteuerung
leicht möglich
ist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Alternative zur vorgenannten Anordnung der Zusatzsteuerung
ist es auch möglich,
die Steuerschaltung bzw. -einheit mittels einer Schnittstelle oder
durch Anschluß an
eine Busleitung für
die Nachrüstung
der Zusatzsteuerung vorzubereiten, so dass die Steuerschaltung bzw. -einheit
bei angeschlossener Zusatzsteuerung deren Signale bei der Steuerung
des Betriebsstromes bei Zuluftgebläse und/oder Brennstoffpumpe
als zusätzliche
Parameter verarbeitet.
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Diese
letztere Ausführungsform
bietet den Vorteil, daß alle
Elemente der Zusatzsteuerung für sehr
geringe elektrische Leistungen ausgelegt sein können, weil die elektrische
Stromversorgung von Zuluftgebläse
und/oder Brennstoffpumpe, d. h. die elektrische Leistungssteuerung
dieser Geräte,
ausschließlich
durch die Steuerschaltung oder -einheit erfolgt. Zweckmäßigerweise
ist die Zusatzsteuerung so ausgebildet, daß sie sich ständig auf
Störungen selbst überprüft und bei
erkannter Störung
in einen Zustand fällt
bzw. in einem Zustand bleibt, in welchem die elektrische Bestromung
von Zuluftgebläse und/oder
Brennstoffpumpe ausschließlich
von der Steuerschaltung oder -einheit ohne jede Beeinflussung durch
die Zusatzsteuerung durchgeführt
wird.
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Zur
Erfassung der Luftdichte kann der Zusatzsteuerung, gegebenenfalls
als integraler Bestandteil der Zusatzsteuerung, eine Sensorik zugeordnet
sein, die die Lufttemperatur sowie den Luftdruck und damit die für die Dichte
der Atmosphäre bestimmenden
Parameter erfaßt.
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Statt
dessen ist es auch möglich,
die Luftdichte bei der Steuerung des Heizgerätes indirekt zu berücksichtigen,
indem die Sauerstoff- und/oder Kohlendioxyd-Konzentration der Verbrennungsgase
des Heizgerätes
erfaßt
und die Brennstoffpumpe und/oder das Zuluftgebläse so gesteuert werden, dass
die Kohlendioxyd-Konzentration in einem vorgegebenen Bereich bleibt.
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Diese
Bauart ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Heizgerät zur verbesserten
Steuerung der Startphase des Heizbetriebes ohnehin mit O2- bzw. CO2-Sensoren
ausgerüstet
ist.
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Im übrigen wird
hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie
die nachfolgende Erläuterung
der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausführungsformen
näher beschrieben
werden.
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Dabei
zeigt
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1 eine
schaltplanartige Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
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2 eine
abgewandelte Ausführungsform und
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3 ein
Diagramm, welches den Kohlendioxyd-Gehalt der Verbrennungsgase des
Heizgerätes bei
unveränderbarem
Betrieb von Zuluftgebläse
und Brennstoffpumpe in Abhängigkeit
von der geodätischen
Höhe und
Temperatur wiedergibt.
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Im
Beispiel der 1 besitzt ein lediglich schematisch
dargestelltes Heizgerät 1 ein
elektrisches Zuluftgebläse 2 sowie
eine elektrische Brennstoffpumpe 3, um einer nicht dargestellten
Brennkammer Verbrennungsluft und Brennstoff zuzuführen. Zuluftgebläse 2 und
Brennstoffpumpe 3 werden durch eine Steuereinheit 4 betätigt, welche
eine ausgangsseitige Leistungsstufe umfaßt, die mit dem Zuluftgebläse 2 sowie
der Brennstoffpumpe 3 über
elektrische Versorgungsleitungen 6 verbunden ist und der
Brennstoffpumpe 3 sowie der Steuereinheit 4 den gegebenenfalls
impulsförmigen
oder getakteten Betriebsstrom zuführt. Dazu ist die Steuereinheit 4 ihrerseits über Versorgungsleitungen 5, 7 mit
einer nicht dargestellten elektrischen Stromquelle, in der Regel der
Fahrzeugbatterie, verbunden. Außerdem
besitzt die Steuereinheit 4 eine eingangsseitige Steuerleitung 8, über die
die Steuereinheit 4 Ein- bzw. Ausschaltsignale zum Ein-
bzw. Ausschalten des Heizgerätes 1 erhält.
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Die
Steuereinheit 4 versorgt des weiteren eine Glühkerze 9 des
Heizgerätes
mit elektrischem Strom. Diese Glühkerze 9 wird
nur in einer Startphase des Heizgerätes 1 zur Zündung des
Brennstoff-Luftgemisches in der Brennkammer betrieben.
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Bei
einem Einschaltbefehl wird die Startphase des Heizgerätes 1 von
der Steuereinheit 4 selbsttätig durchgeführt, wobei
zunächst
lediglich das Zuluftgebläse 2 bestromt
wird, um die Brennkammer von eventuellen Brennstoffresten freizublasen.
Nachfolgend werden dann die Brennstoffpumpe 3 und die Glühkerze 9 zur
Einleitung des Heizbetriebes eingeschaltet. Sobald über nicht
dargestellte Sensoren eine hinreichend stabile Flamme sensiert und
der Steuereinheit 4 rückgemeldet
wird, wird die Glühkerze 9 abgeschaltet.
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Erfindungsgemäß kann nun
eine Zusatzsteuerung 10 angeordnet sein. Diese besitzt
Schaltorgane 11 und 12, welche sich elektrisch
in die in der Zeichnung an punktierten Bereichen aufgetrennten Leitungen 6 schalten
lassen, derart, dass die von der Leistungsstufe der Steuereinheit 4 bereitgestellte elektrische
Leistung nur über
die vorgenannten Schaltorgane 11 und 12 zur Brennstoffpumpe 3 und/oder
zum Zuluftgebläse 2 gelangen
kann. Diese Zusatzsteuerung 10 besitzt Eingänge 13 für nicht dargestellte
Sensoren, die den Luftdruck sowie die Temperatur der Atmosphäre und/oder
den Sauerstoff- bzw. Kohlendioxyd-Gehalt der Verbrennungsgase des
Heizgerätes 1 erfassen.
Damit kann die Zusatzsteuerung 10 durch entsprechende Betätigung der
Schaltorgane 11 und 12 die elektrische Bestromung
von Zuluftgebläse 2 und/oder
Brennstoffpumpe 3 derart verändern, dass unabhängig von
der jeweiligen Luftdichte der Zuluft ein optimaler Brennbetrieb
ermöglicht
wird, bei dem der Kohlendioxyd-Gehalt der Verbrennungsgase beispielsweise
im Bereich von 8 bis 12% bleibt.
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Wenn
die Zusatzsteuerung 10, wie in 1 dargestellt
ist, parallel zur Steuereinheit 4 von der Fahrzeugbatterie
od. dgl. mit elektrischer Energie versorgt wird, kann die Zu satzsteuerung 10 die
dem Zuluftgebläse 2 und/oder
der Brennstoffpumpe 3 zugeführte elektrische Leistung gegenüber der
von der Steuereinheit 4 an die Versorgungsleitungen 6 abgegebenen
Leistung nicht nur vermindern sondern auch erhöhen.
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Während der
Startphase des Heizbetriebes kann vorgesehen sein, die Zusatzsteuerung 10 wirkungslos
zu lassen. Um den Beginn der Startphase „erkennen" zu können, kann die Zusatzsteuerung 10 über einen
Eingang mit der Steuerleitung 8 oder der Versorgungsleitung
der Glühkerze 9 verbunden
sein. Die Zusatzsteuerung 10 wird dann erst nach Ablauf einer
Verzögerungszeit
nach Beginn der Einschaltphase wirksam.
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Grundsätzlich ist
es jedoch auch möglich, daß die Zusatzsteuerung 10 eine
Einschaltphase erkennt, wenn die Versorgungsleitungen 6 und/oder 7 nach
einer Betriebsunterbrechung von Brennstoffpumpe 3 und/oder
Zuluftgebläse 2 erneut
bestromt werden.
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Vorzugsweise
ist die Zusatzsteuerung 10 so ausgebildet, dass sie sich
ständig
auf korrekte Funktion überprüfen kann.
Sollte ein Fehler festgestellt werden, fallen die Schaltorgane 11 und 12 automatisch
in einen Zustand, bei dem die Leistungsstufe 5 der Steuereinheit 4 ständig mit
dem Zuluftgebläse 2 und/oder
der Brennstoffpumpe 3 verbunden bleibt.
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Damit
wird ein Heizbetrieb wie bei fehlender Zusatzsteuerung 10 ermöglicht,
d. h. die Leistungsstufe ist, wie durch punk tierte Teile der Leitungen 6 und 7 angedeutet
ist, direkt mit dem Zuluftgebläse 2 und
der Brennstoffpumpe 3 verbunden.
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Gegebenenfalls
kann die Zusatzsteuerung 10 beim Erkennen eines Fehlers
die Schaltorgane 11 und/oder 12 so steuern, dass
ein Kurzschluß im
elektrischen Zuluftgebläse 2 und/oder
in der elektrischen Brennstoffpumpe 3 simuliert wird. Damit
schaltet die Steuereinheit 4 den Heizbetrieb zunächst aus
und meldet eine Betriebsstörung.
Bei einem erneuten Start, des Heizbetriebes bleibt die Zusatzsteuerung völlig neutral,
so dass der Heizbetrieb ausschließlich durch die Steuereinheit 4 geregelt
wird.
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Im
Beispiel der 2 besitzt die Steuereinheit 4 eine
vorbereitete Schnittstelle 14, an der sich die Zusatzsteuerung 10 anschließen läßt, derart, dass
die von der Zusatzsteuerung 10 erzeugten Signale bei der
Steuerung der Leistungsstufe der Steuereinheit 4 zusätzlich berücksichtigt
werden und im Ergebnis eine Anpassung des Betriebes des Heizgerätes an die
jeweilige Luftdichte erfolgen kann.
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Abweichend
von der 2 können die Steuereinheit 4 und
die Zusatzsteuerung 10 auch über einen Datenbus miteinander
zum Signalaustausch verbunden sein.
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Dies
eröffnet
die vorteilhafte Möglichkeit,
die Motorsteuerung eines Kraftfahrzeuges als Zusatzsteuerung 10 einzusetzen.
Bei modernen Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeuge wird oftmals
die Luftdichte erfaßt,
so dass die Motorsteue rung entsprechende Signale an die Steuereinheit 4 weiterleiten
kann.
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Im übrigen kann
bei Anordnung des Datenbusses vorgesehen sein, die Sensorik zur
Berücksichtigung
der Luftdichte und die Zusatzsteuerung 10 und/oder die
Steuereinheit 4 an den Datenbus zu koppeln, so dass bei
vorhandener Sensorik für
einen luftdichteabhängigen
Betrieb des Heizgerätes 1 die Steuereinheit 4 oder
die Zusatzsteuerung 10 entsprechende Signale für die Heizbetriebssteuerung auswerten
können.
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Bei
den obigen Erläuterungen
wurde davon ausgegangen, dass die Sensorik den Luftdruck sowie die
Lufttemperatur und/oder den Sauerstoff- bzw. Kohlendioxyd-Gehalt
der Verbrennungsgase des Heizgerätes 1 mit
vorgegebener Genauigkeit zu messen gestattet. Damit ist eine besonders
gute Steuerung des Brennbetriebes des Heizgerätes möglich.
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Grundsätzlich kann
jedoch auch vorgesehen sein, anstelle vergleichsweise aufwendiger
Sensoren lediglich Druck- und Temperaturschalter vorzusehen, so
dass lediglich erfaßt
werden kann, ob der Luftdruck der Atmosphäre sowie die Lufttemperatur oberhalb
oder unterhalb vorgegebener Schwellwerte liegen. Auf diese Weise
kann eine vierstufige Veränderung
des Betriebes von Zuluftgebläse 2 und
Brennstoffpumpe 3 durchgeführt werden. Hierzu wird Bezug
auf die 3 genommen.
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In
der 3 ist beispielhaft der Kohlendioxyd-Gehalt der
Verbrennungsgase des Heizgerätes 1 für unterschiedliche
geodätische
Höhen und
unterschiedliche Lufttemperaturen für den Fall dargestellt, dass
das Zuluftgebläse 2 und
die Brennstoffpumpe 3 jeweils mit fest vorgegebener Leistung
betrieben werden. Wenn nun beispielsweise der Druckschalter bei
einem Luftdruck umschaltet, welcher dem statistischen Durchschnittsdruck
an der geodätischen Höhe von etwa
1.300 m entspricht, und wenn der Temperaturschalter beispielsweise
bei –25°C umschaltet,
so läßt sich
das in 3 dargestellte Feld in vier Quadranten I bis IV
unterteilen, d. h. die Signale von Druck- und Temperaturschalter
lassen erkennen, in welchem der Quadranten I bis IV die Betriebsbedingungen
des Heizgerätes
liegen.
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Nunmehr
kann die Zusatzsteuerung 10 so ausgebildet sein, dass sie
innerhalb des Quadranten I keinen Einfluß auf die Betätigung von
Zuluftgebläse 2 und
Brennstoffpumpe 3 durch die Steuereinheit 4 nimmt.
Innerhalb der Quadranten II und IV kann nun die Zusatzsteuerung 10 die
Leistung der Brennstoffpumpe 3 gegenüber einem Betrieb allein durch
Steuerung mittels der Steuereinheit 4 absenken, derart, dass
im Ergebnis gegenüber
dem Diagramm der 3 eine Absenkung des Kohlendioxyd-Anteiles um
1,5 Prozentpunkte im Quadrant II und um 1 Prozentpunkt im Quadrant
IV erfolgt. Bei Betrieb im Quadrant III kann dagegen die Leistung
des Zuluftgebläses 2 abgesenkt
werden, derart, dass sich im Ergebnis gegenüber dem Diagramm der 3 eine
Erhöhung
des Kohlendioxyd-Gehaltes um 1,5 ergibt.
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Auf
diese Weise läßt sich
erreichen, daß der Kohlendioxyd-Anteil der Verbrennungsgase
praktisch unter allen in der Praxis auftretenden Betriebsbedingungen
in einem erwünschten
Bereich zwischen beispielsweise 8% und 12% bleibt.
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Falls
eine noch weiter vereinfachte und dementsprechend besonders kostengünstige Bauart
erwünscht
ist, kann die Zusatzsteuerung 10 auch als manuell betätigte Steuerung
ohne sonstige Sensorik ausgebildet sein, um dem Fahrer eines Kraftfahrzeuges
bzw. dem Benutzer des Heizgerätes 1 eine
Umschaltung an unterschiedliche Einsatzbedingungen zu ermöglichen.