DE2534533A1

DE2534533A1 - Heizanlage

Info

Publication number: DE2534533A1
Application number: DE19752534533
Authority: DE
Inventors: Benny Joseph Charboneau
Original assignee: Walbro Corp
Current assignee: Walbro Corp
Priority date: 1974-08-02
Filing date: 1975-08-01
Publication date: 1976-02-19
Also published as: US3901213A; FR2280794A1; CA1040288A; SE7508718L; FR2280794B3

Description

Heizanlage

V.

Die Erfindung betrifft eine Heizanlage insbesondere zum Vorheizen des Kühlmittels einer Brennkraftmaschine.

Durch die Erfindung soll eine solche Heizanlage geschaffen werden, bei der ein zu ihr gehöriger katalytischer Heizer gegen Beschädigungen geschützt ist, die auf falsches Arbeiten des katalytischen Heizers zurückzuführen sind.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Heizanlage insbesondere zum Vorheizen des Kühlmittels einer Brennkraftmaschine, die gekennzeichnet ist durch einen katalytischen Konverter, in dem ein Kohlenwasserstoff-Brennstoff in Gegenwart eines Katalysatormateriales flammlos oxidiert wird, durch eine Brennstoffpumpe mit einem Pumpenantrieb, der bei Zufuhr elektrischer Energie erregt

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wird, um den Kohlenwasserstoffbrennstoff zum Konverter zu fördern, und durch eine Oszillator- und Steuerschaltung, die bei Verbindung mit einer elektrischen Energiequelle zyklisch elektrische Energie zum Pumpenantrieb der Brennstoffpumpe zuführt, um diese für einen Förderzyklus in Gang zu setzen.

Bei der erfindungsgemäßen Heizanlage ist ein richtiges Arbeiten sichergestellt, sie weist einen kompakten Aufbau auf, läßt sich kostengünstig herstellen und zusammenbauen und hat eine lange wartungsfreie Standzeit.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine seitliche Ansicht eines katalytischen Hei

zers, teilweise im Schnitt, der durch eine erfindungsgemäße Steuerschaltung betrieben wird;

Fig. 2 eine halbschematische Ansicht einer erfindungsge

mäßen Heizanlage mit dem in Fig. 1 dargestellten katalytischen Heizer, mit der mit ihm verbundenen erfindungsgemäßen Steuerschaltung und mit einer Brennstoffpumpe, durch welche dem katalytischen Heizer Brennstoff, z.B. Benzin zugeführt wird;

Fig. 3 einen Schnitt durch die in Fig. 2 dargestellte

Brennstoffpumpe

Fig. 4 einen schematischen Schaltplan der erfindungsgemä

ßen elektronischen Steuerschaltung.

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In Fig. 1 ist ein katalytischer Heizer Io gezeigt, der einen Wärraetauscherraantel 12 aufweist. Der letztere umgibt eine katalytische Heizeinrichtung 14. Der Wärmetauschermantel 12 hat eine zylindrische Kammer 16, die durch ein inneres metallisches Rohr 18 und ein äusseres metallisches Rohr 2o, das das innere Rohr umgibt, sowie ringförmige Stirnwände 23 begrenzt ist. Die Stirnwände 22 sind zwischen den Rohren 18,2o angeordnet und z.B. durch Löten an diesen befestigt. Kühlmittel einer Brennkraftmaschine tritt durch eine Einlaßleitung 28 in die zylindrische Kammer 16 ein. Die Einlaßleitung 28 ist beim unteren Ende der Kammer 16 am äußeren Rohr 2o befestigt. Das Kühlmittel strömt aus der Kammer 16 durch eine beim oberen Ende derselben am äußeren Rohr 2o befestigte Auslaßleitung 3o aus. Ein in der Einlaßleitung 28 angeordnetes Rückschlagventil 32 verhindert, daß Kühlmittel durch die Einlaßleitung aus der Kammer 16 ausströmt. Durch eine Mehrzahl schlitzförmiger Fenster 34,36, die bei den einander gegenüberliegenden Enden des inneren Rohres 18 vorgesehen sind, kann atmosphärische Luft durch das Rohr in der Nachbarschaft der äusseren Mantelfläche der Heizeinrichtung 14 hindurchströmen.

Die Heizeinrichtung 14 weist ein poröses keramisches Rohr 38 auf, an dem eine obere keramische Stirnkappe 4o und eine untere keramische Stirnkappe 4 2 befestigt sind. Eine Schicht 44 aus Fasermaterial ist um das keramische Rohr 38 herumgewickelt. Sie ist mit einer Katalysatorsubstanz wie z.B. Platin imprägniert. Ein geeignetes Fasermaterial ist z.B. ein keramischer Faserfilz, der unter der Be-

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zeichnung T-3 von der Refractory Products Company in Carpentersville, Illinois, USA, hergestellt wird. Ein durch einen Nickel-Chrom-Draht gebildeter Vorheizer 46 ist in axialer Richtung längs der Außenseite des Rohres 38 verlaufend unter der Schicht 44 aus Fasermaterial vorgesehen, um durch elektrische Widerstandsheizung die katalytische Heizeinrichtung vorzuheizen.Ein Ende des Vorheizers 46 mit dem Nickel-Chrom-Draht ist mit einer isolierten Anschlußklemme 43 verbunden, die auf dem Rohr 18 angebracht ist. Das andere Ende des Nickel-Chrom-Drahtes ist mit dem Rohr 18 und über ein durch eine Maschinenschraube 5 2 befestigtes Erdkabel 5o mit Erde verbindbar.

Ein auf die Temperatur ansprechender Thermostatschalter 56 mit mit ihm verbundenen isolierten Zuführungen 58,6o ist mit der oberen Stirnkappe 4o unter Verwendung eines geeigneten Vergußmateriales vergossen. Hierzu kann z.B. der Acid-Alk Mörtel No. 3 3 verwendet werden, der von der Sauereisen Cements Company, Pittsburgh, Pennsylvania, USA, erhältlich ist.

Eine Brennstoffeinspritzeinrichtung 62 weist ein Anschlußstück 64 und ein Brennstoffsieb 65 auf, die am oberen Ende eines Verdampferrohres 66 angeordnet sind. Das Verdampferrohr 66 erstreckt sich durch die Heizeinrichtung 14 und ist an deren oberem Ende befestigt. Es gibt verdampften Brennstoff in den Innenraum des keramischen Rohres 38 ab. Um zu verhindern, daß Aufwinde die katalytische Reaktion des Brennstoffes mit der Heizeinrichtung 14 auslöschen, ist auf dem oberen Ende des Wärmetauschermantels 12 ein rohr-

förmiges Schild 68 vorgesehen, das eine gute Strecke über die den Abgasauslaß darstellenden schlitzförmigen Fenster 36 hinausläuft. Das Schild 68 ist über das obere Ende des äußeren Rohres 2o des Wärmetauschermantels 12 aufgeschoben und wird durch einen Schlauchbinder 7o auf diesem gehalten.

Eine sekundäre Verdampfereinrichtung 72 ist koaxial im unteren Ende der Heizeinrichtung 14 angeordnet, um von der Brennstoffeinspritzeinrichtung in flüssiger Form abgegebenen Brennstoff aufzufangen und zu verdampfen. Die sekundäre Verdampfereinrichtung 7 2 weist ein Verdampferrohr 74 auf, in das vom Verdampferrohr 66 abgegebene Brennstofftröpfchen durch ein aufgeweitetes oberes Ende TS wie durch einen Trichter gesammelt werden. Das Verdampferrohr 74 ist am unteren Ende der Heizeinrichtung 14 befestigt, erstreckt sich durch die untere Stirnkappe 4 2 und ist an seinem unteren Ende durch einen Stopfen 78 verschlossen, der in einem hieran befestigten Anschlußstück 8o befestigt ist.

Die Heizeinrichtung 14 ist durch eine obere Positionierscheibe 8 2 und eine untere Positionierscheibe 84 im wesentlichen koaxial ausgerichtet im Wärmetauschermantel 12 angeordnet. Die obere Positionierscheibe 8 2 liegt einerseits am oberen Ende der Heizeinrichtung 14 an und schlägt andererseits an drei in ümfangsrichtung versetzten, nach innen überstehenden Vorsprüngen 86 an, die im oberen Ende des inneren Rohres 18 ausgebildet sind. Die Heizeinrichtung 14 ist durch eine Feder 88 federnd in Anlage an der oberen Positionier-

scheibe 8 2 gehalten. Die Feder 88 ist zwischen der unteren Positionierscheibe 84 und der unteren Stirnkappe 4 2 der Heizeinrichtung angeordnet. Die untere Positionierscheibe 84 ist lösbar am inneren Rohr 18 befestigt. Hierzu dienen drei in Umfangsrichtung versetzte Vorsprünge 9o, die in drei in Umfangsrichtung versetzten Schlitzen 9 2 mit wieder zurücklaufenden Abschnitten Aufnahme finden. Die hakenförmigen Schlitze 9 2 sind im unteren Ende des inneren Rohres 18 ausgebildet.

Wird der katalytische Heizer Io in ein ilotorfahrzeug eingebaut, so kann gemäß Fig. 2 der Brennstoffeinspritzeinrichtung 6 2 unter Druck stehendes Benzin durch eine getrennte elektrische Brennstoffpumpe 94 zugeführt werden. Diese hat einen Einlaß, der über eine Leitung 96 und über ein T-Stück 98 mit der Hauptbrennstoff leitung loo des nicht dargestellten Fahrzeuges verbunden ist, welche zwischen dem Brennstofftank und der Brennstoffpumpe der Brennkraftmaschine verläuft. Der Auslaß der Brennstoffpumpe 94 ist über eine Brennstoffleitung Io2 mit der Brennstoffeinspritzeinrichtung 6 2 verbunden. Wie in den Fig. 1 und 2 durcn einen Pfeil Io4 dargestellt ist, sollte der katalytische Heizer Io so montiert werden, daß die Längsachse der Heizeinrichtung 14 im wesentlichen in vertikaler Richtung verläuft und die Brennstoffeinspritzeinrichtung 6 2 an ihrem oberen Ende Hegt. Der katalytische Heizer wird in einer vertikalen Höhe angebracht, die zwischen dem in vertikaler Richtung höchsten und dem in vertikaler Richtung niedersten Punkt des Kühlkreislaufes der Brennkraftmaschine liegt. Vorzugsweise wird

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der katalytische Heizer näher beim höchsten Punkt des Kühlkreislaufes vorgesehen, so daß das flüssige Kühlmittel durch Schwerkraftumwälzung (Thermosiphon) durch den Heizer und die Brennkraftmaschine bewegt wird, wenn der Hizer arbeitet. Die Einlaßleitung 28 des Wärmetauschermantels 12 ist über einen Schlauch Io6 mit einem tiefen Punkt des Kühlmittelkreislaufes der Brennkraftmaschine verbunden, z.B. dem Kühlmittelablaß der Maschine; sie kann auch über einen in der Seite des Motorblockes vorgesehenen Kernstopfen angeschlossen v/erden. Die Auslaßleitung 3o des Wärmetauschermantels 12 ist über eine Leitung Io8 mit einem Punkt des Kühlkreislaufes der Brennkraftmaschine verbunden, der höher liegt

kann als die Einlaßleitung 28; ein solcher Punkt/der Verbindungspunkt des Heizungseinlaßschlauches mit dem Kühlkreislauf des Fahrzeuges sein.

Fachleute sind der Auffassung, daß die Standzeit des Katalysatormateriales des katalytischen Heizers Io durch Kontakt desselben mit flüssigem Brennstoff wesentlich herabgesetzt wird. Daher sollte dem katalytischen Heizer kein Brennstoff zugeführt werden, wenn dieser nicht in Betrieb ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Hauptbrennstoffpumpe zumindest einiger Brennkraftmaschinen in der Brennstoffleitung 96 Druckanstiege oder Druckstöße erzeugen, die dazu ausreichen, Brennstoff durch herkömmliche elektrische Brennstoffpumpen, die zusammen mit dem katalytischen Heizer Verwendung finden, hindurchzudrücken und von dort zum katalytischen Heizer zu drücken, wenn dieser nicht arbeitet. Hierdurch wird die Standzeit seines Katalysatormateriales herabgesetzt. Dies kann

dadurch vermieden werden, daß zusammen mit einer herkömmlichen elektrischen Brennstoffpumpe zur Zufuhr von Brennstoff zum katalytischen Heizer herkömmliche Ventile verwendet werden , die so angeordnet werden, daß ein Strömen von Brennstoff durch die herkömmliche Pumpe bei nichtarbeitendem katalytischem Heizer verhindert wird. Es ist jedochvorzuziehen, eine speziell konstruierte Pumpe mit einer direkt in dieser vorgesehenen geeigneten Ventilanordnung zu verwenden, wie z.B. die Brennstoffpumpe 94.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, weist die Brennstoffpumpe 94 ein Gehäuse Ho auf, in dem eine flexible Membran 112 angeordnet ist. Diese begrenzt die Unterseite einer Pumpenkammer 114, die in einer im Gehäuse befestigten Trägerplatte 116 ausgebildet ist. Brennstoff wie Benzin wird über eine Einlaßleitung 118, ein Einlaßventil 12o und einen die Trägerplatte ]]6 durchsetzenden Einlaßkanal 122 in die Pumpenkammer eingelassen. Brennstoff wird aus der Pumpenkammer über einen in der Trägerplatte 116 ausgebildeten Auslaßkanal 124, ein Auslaßventil 126 und eine Auslaßleitung 128 abgegeben. Der Brennstoff wird durch Durchbiegen der Membran 112 durch die Pumpenkammer 114 gefördert. Die Betätigung der Membran 112 erfolgt über einen mit dieser verbundenen Anker 13o, der in einer Richtung durch eine Feder 132 vorgespannt ist und in entgegengesetzter Richtung durch Erregung einer Feldspule 134 eines Elektromagneten bewegt wird. Der Hub des Ankers 13o und damit de bei jedem Abgabehub der Brennstoffpumpe 94 abgegebene Brennstoffmenge läßt sich durch Einstellen einer mit Gewinde

versehenen Anschlagschraube 136 vorgeben. Die Anschlagschraube läuft in einer am Gehäuse Ho befestigten Mutter 138.

Ein Durchfließen von Brennstoff durch die Brennstoffpumpe 94 bei nicht erregter Feldspule 134 wird durch eine Ventilanordnung 14o verhindert, die auf der Trägerplatte 116 angeordnet ist und in
Fig. 3 in der bei erregter Feldspule eingenommenen Offenstellung dargestellt ist. Die Ventilanordnung 14o weist einen Ventilkörper 142 mit einem birnenförmigen Schaft 144 auf, der hin- und herbewegbar in einer in der Trägerplatte 116 ausgebildeten Gegenbohrung 146 Aufnahme findet. Durch den Ventilkörper 142 kann der Auslaßkanal 124 für Brennstoff geschlossen und geöffnet (vgl. Fig. 3)
werden. Der Ventilkörper 14 2 trägt auf seiner unteren Oberfläche eine Schutzkappe 140 aus Metall und ist durch eine Feder 15o
so vorgespannt, daß er an den Anker 13o anliegt und zusammen
mit diesem hin- und herbewegt wird. Die Feder 150 findet in einer ringförmigen Ausnehmung 15 2 Aufnahme.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der Brennstoffpumpe 94 beschrieben. Wird die Feldspule 134 erregt, so wird der Anker 13o in die in Fig. 3 gezeigte Stellung bewegt. Hierdurch wird der Ventilkörper 142 abgehoben, und die Membran 112 so durchgebogen, daß über die Einlaßleitung 118, das Einlaßventil 12o und den Einlaßkanal Brennstoff in die Pumpenkammer 114 angesaugt wird. Wird die Erregung der Feldspule 134 unterbrochen, so wird durch die Feder 132 der Anker aus der in Fig. 3 dargestellten Lage nach oben bewegt,

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wodurch auch die Membran 112 nach oben bewegt wird, so daß Brennstoff aus der Pumpenkammer 114 über den Auslaßkanal 124, das Auslaßventil 126 und die Auslaßleitung 128 abgegeben wird. Zugleich wird nach Beendigung des Förderhubes der Membran 112 der Ventilkörper 142 gegen die Kraft der Feder 15o bewegt,so daß die Ventilanordnung 14o geschlossen wird. Damit bleibt die Ventilanordnung 14o so lange geschlossen, wie die Feldspule 134 nicht erregt wird. Damit wird verhindert, daß bei nichtarbeitender Brennstoffpumpe 94 Brennstoff durch dieselbe hindurchgedrückt wird, was durch Druckanstiege oder Druckstöße in der mit der Einlaßleitung verbundenen Hauptbrennstoffleitung loo sonst erfolgen könnte.

Erfindungsgemäß werden die Betriebszyklen des katalytischen Heizers Io und der Brennstoffpumpe 94 durch eine Steuereinheit 156 gesteuert, die eine schematisch in Fig. 4 dargestellte elektronische Schaltung 158 aufweist. Einer Gleichstromversorgungsleitung 16o der elektronischen Schaltung 158 wird über eine Sicherung 16 2 und einen Hauptnetzschalter 164 Energie von einer Batterie 161 des Fahrzeuges zugeführt. Der Hauptnetzschalter 164 ist mit einer Anzeigeleuchte 166 ausgestattet und ist über Leitungen 168, 169 und 17o zwischen die Batterie 161 und die Versorgungsleitung 16o geschaltet.

Die Schaltung 158 weist einen Vorheizersteuerkreis 172 auf, der auf das Verbinden der Versorgungsleitung 16o mit der Batterie 161 derart anspricht, daß er dem Vorheizer 46 für eine vorgegebene Zeitspanne Energie zuführt, um das Katalysatormaterial der Heiz-

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einrichtung 14 vorzuheizen. Der Vorheizersteuerkreis 17 2 weist eine !Comparatorschaltung 174 mit einer über einen Widerstand 178 mit der Versorgungsleitung 16o verbundenen Eingangsklemme 176 zur Beaufschlagung mit einem Vergleichssignal und eine über einen Widerstand 182 mit der Versorgungsleitung 16o und über einen Kondensator 184 mit der durch den Fahrzeugrahmen gegebenen Erde 186 verbundene Eingangsklemme zur Beaufschlagung mit einem Schwellwertsignal auf. Eine Verriegelungsschaltung 188 erhält auf einer ersten Eingangsklemme 19o das an einer Ausgangsklemme 192 der Komparatorschaltung 174 bereitgestellte Ausgangssignal. Eine zweite Eingangsklemme 194 der Verriegelungsschaltung 188 wird direkt von der Versorgungsleitung 16o her beaufschlagt. Die Verriegelungsschaltung 188 weist eine Ausgangsklemme 196 auf, die über den Anoden-Kathoden-Übergang einer Siliciumdiode 198 und eine nachgeschaltete Spule 2oo eines Relais 2o2 mit Erde 186 verbunden ist. Eine zweite Diode 2o4 ist mit umgekehrter Polarität über die Spule 2oo geschaltet, um beim Abschalten des Relais 2o2 durch induktive Ströme in der Spule 2oo hervorgerufenes Kontaktprellen zu unterbinden. Das Relais 2o2 hat ferner zwei normalerweise offene Kontakte 2o6 und 2o8, die mit der Versorgungsleitung 16o bzw. mit dem Vorheizer 46 verbunden sind. Bei Erregung der Spule 2oo wird über diese Kontakte die Batterie direkt mit dem Vorheizer 46 verbunden, so daß diesem elektrische Energie zugeführt wird.

Der Vorheizersteuerkreis arbeitet wie folgt: Das an der Ausgangsklemme der Verriegelungsschaltung 188 bereitgestellte Signal wird anfänglich auf einen hohen Spannungspegel eingestellt, indem die

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Batterie 161 mit der Versorgungsleitung 16o verbunden wird und das Potential derselben auf die Batteriespannung anhebt. Durch die verhältnismäßig hohe Spannung an der Ausgangsklemme 196 der Verriegelungsschaltung 188 wird die Diode 198 in Vorwärtsrichtung beaufschlagt, so daß das Relais 2o2 erregt wird und dem Vorheizer 46 Strom zum Vorheizen zugeführt wird. Gleichzeitig fließt Strom über den Widerstand 18 2 zum Kondensator 184, daß auf diesem langsam eine Ladung aufgebaut wird. Nach einer Zeitspanne, die von der Größe des Widerstandes 18 2 und des Kondensators 184 abhängt, übertrifft die Spannung am Kondensator 184 und an der Eingangsklemme 18o für das Schwellwertsignal die an der Eingangsklemme 176 anliegende Vergleichsspannung, so daß die Komparatorschaltung 174 an der Eingangsklemme 19o der Verriegelungsschaltung 188 ein Rückstellsignal bereitstellt. Die Verriegelungsschaltung 188 wird damit zurückgestellt, so daß ihr Ausgangssignal abfällt. Die Erregung des Relais 2o2 wird solange unterbrochen, bis der Hauptnetzschalter 164 ausgeschaltet und dann wieder eingeschaltet wird, so daß die Verriegelungsschaltung 188 wieder in den Zustand mit hoher Ausgangsspannung gebracht wird. Die durch die Größe des Widerstandes 182 und des Kondensators 184 vorgegebene Zeitspanne zum Vorheizen kann im Bereich von Io bis 15 min. liegen; vorzugsweise liegt sie im Bereich von 12 bis 14 min.

Die Schaltung 158 weist ferner einen Pumpensteuerkreis 21o auf. Dieser hat eine erste Komparatorschaltung 212, mit einer Eingangsklemme 214 für ein Vergleichssignal, die über einen Wider-

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stand 216 mit der Versorgungsleitung 16o und über eine Reihenschaltung von Widerständen 218,22ο mit der durch den Fahrzeugrahmen gegebenen Erde 186 verbunden ist. Über den Widerstand 22o ist ein Filterkondensator 23o geschaltet. Eine Eingangsklemme 232 der Komparatorschaltung 212 zur Beaufschlagung mit einem Schwellwertsignal ist über eine Reihenschaltung von Widerständen 234 und 236 mit der Versorgungsleitung 16o und über einen Kondensator 238 mit Erde 186 verbunden. Bei einer zweiten Komparatorschaltung 24o ist eine Eingangsklemme 24 2 zur Beaufschlagung mit einem Schwellwertsignal mit der Eingangsklemme 232 der Komparatorschaltung 212 verbunden, die ebenfalls mit einem Schwellwertsignal beaufschlagt wird. Eine Eingangsklemme 244 der Komparatorschaltung 24o, die mit einem Vergleichssignal beaufschlagt wird, ist mit dem zwischen den Widerständen 218 und 22o liegenden Knoten verbunden. Damit bilden die Widerstände 216,218,22ο einen Spannungsteiler, der eine erste Referenzspannung für die Eingangsklemme 214 der Komparatorschaltung 212 und eine zweite niederere Referenzspannung für die Eingangsklemme 244 der Komparatorschaltung 24o bereitstellt. Ein Widerstand 222 und ein normalerweise offener Drucktastenschalter 228 sind in Reihe über den Widerstand 236 geschaltet. Der Drucktastenschalter 228 ist auf der Steuereinheit 156 angeordnet und kann von Hand betätigt werden, um die Brennstoffpumpe 94 anzuwerfen, wie untenstehend im einzelnen beschrieben werden wird.

Eine Verriegelungsschaltung 246 hat eine erste Eingangsklemme 248, die mit einer Ausgangsklemme 25o der Komparatorschaltung 212 ver-

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bunden ist, und weist eine zweite Eingangsklemme 25 2 auf, die mit einer Ausgangsklemme 254 der zweiten Komparatorschaltung 24o verbunden ist. Eine Ausgangsklemme 256 der Verriegelungsschaltung ist über einen Widerstand 253 mit der Basis eines PNP-Transistors 26o verbunden, dessen Emitter mit der Versorgungsleitung 16o verbunden ist und dessen Kollektor über die Feldspule 134 der Brennstoffpumpe 94 mit Erde verbunden i^t. Eine Diode 26 2 ist mit umgekehrter Polarität über die Spule 134 geschaltet, um Induktionsströme in der Spule 134, die beim Abschalten des Transistors 26o auftreten, abzuführen. Die Ausgangsklemme 256 der Verriegelungsschaltung 246 ist ferner über einen Widerstand 27 2 mit der Eingangsklemme 176 der Komparatorschaltung 174 sowie mit einer>6rsten Eingangsklemme 264 eines Entladeschalters 266 verbunden. Der letztere hat eine zweite Eingangsklemme 268 , die mit dem Knoten zwischen den Widerständen 234,236 verbunden ist, und hat eine mit Erde 186 verbundene Ausgangsklemme 27ο.

Der Pumpensteuerkreis 21o arbeitet wie folgt. Wird die Batterie anfänglich mit der Versorgungsleitung 16o verbunden, so wird das an der Ausgangsklemme 256 der Verriegelungsschaltung 246 bereitgestellte Signal auf einen hohen Pegel gebracht, so daß die Emitter-Basis-Strecke des Transistors 26o in Sperrichtung vorgespannt wird und kein Strom zu der Feldspule 134 der Brennstoffpumpe 94 fließen kann. In der Zwischenzeit fließt Strom über die Widerstände 236 und 234 zum Kondensator 238, so daß die an der Eingangsklemme 232 der Komparatorschaltung 212 anstehende Schwellenspannung langsam anwächst. Übertrifft diese anwachsende Spannung die an der

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Eingangsklemme 214 von dem Spannungsteiler 216,218,22ο bereitgestellte Referenzspannung, so liefert die Koraparatorschaltung ein Rückstellsignal zur Verriegelungsschaltung 246. Damit fällt das an deren Ausgangsklemme 256 bereitgestellte Signal auf einen niederen Pegel ab, der Transistor 26o leitet und es fließt Strom zur Feldspule 134 der Brennstoffpumpe 94. Gleichzeitig fällt das für die Eingangsklemme 264 des Entladeschalters 266 bereitgestellte Signal auf einen niederen Pegel ab, so daß der Entladeschalter 266 den Kondensator 238 über den Widerstand 234 und die Eingangsklemme 268 des Entladeschalters an Erde 186 entlädt. Fällt die abnehmende Spannung am Kondensator 233, die auf die Eingangsklemme 242 der Komparatorschaltung 24o für das Schwellwertsignal gegeben wird, unter den Pegel des zweiten niedereren Referenzsignales, das von dem Spannungsteiler 216,218,22ο an der Eingangsklemme 244 für das Referenzsignal bereitgestellt wird, so erzeugt die Komparatorschaltung 24o auf der Eingangsklemme 252 der Verriegelungsschaltung 246 ein Setzsignal, so daß deren Ausgang auf einen hohen Pegel angehoben wird. Hierdurch wird der Transistor 26o abgeschaltet und es fließt kein Strom mehr zur Feldspule der Brennstoffpumpe94. Zu diesem Zeitpunkt wird auch der Entladeschalter 266 abgeschaltet, so daß sich der Kondensator 238 wieder aufladen kann. Damit arbeitet der Pumpensteuerkreis 21o als Oszillator mit einer Periode und einem Arbeitszyklus , die von der relativen Größe der Widerstände 216,218,22o,234,236 sowie des Kondensators 238 abhängen. Bei der bevorzugten Ausführungsform des katalytischen Heizers Io kann die Zeit zum Laden des Kondensa-

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tors 238 über die Widerstände 236,234 im Bereich zwischen 5 und 15 see, vorzugsweise bei etwa Io see. liegen. Dagegen kann die Zeit zum Entladen des Kondensators 238 über den Widerstand 234 und den Entladeschalter 266 im Bereich von 3o bis 8o millisec· liegen, vorzugsweise bei etwa 5o bis 6o millisec. Damit wird der Feldspule 134 der Brennstoffpumpe 94 vorzugsweise in Abständen von Io see. Strom für etwa 5o bis 6o millisec. zugeführt.

Zum Anwerfen der Brennstoffpumpe 94 wird der Schalter 228 geschlossen, so daß der Widerstand 222 parallel zum Widerstand 236 geschaltet wird. Hierdurch wird die Ladezeit des Kondensators verkleinert und die Frequenz der Betriebszyklen der Brennstoffpumpe 94 erhöht. Die verminderte Ladezeit für den Kondensator bei im Pumpenanwerfmodus arbeitendem Pumpensteuerkreis 21o kann im Bereich von 2oo bis 7oo millisec. liegen, vorzugsweise zwischen etwa 4oo und 5oo millisec.

Die elektronische Schaltung 158 weist ferner einen Pumpensperrkreis 274 auf, der auf die Temperatur der katalytischen Heizeinrichtung 14 derart anspricht, daß eine Betätigung des Pumpensteuerkreises 21o jeweils unterbunden wird, wenn der katalytische Heizer Io nicht richtig arbeitet. Der Pumpensperrkreis 274 weist einen ersten NPN-Transistor 276 auf, dessen Basis über einen Widerstand 278 mit der Kathode der Diode 198 verbunden ist, und dessen Emitter direkt mit Erde 186 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 276 ist über einen Widerstand 28o mit der Versorgungsleitung 16o sowie mit der Basis eines zweiten NPN-Transistors 28 2

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verbunden. Die Basis des Transistors 26 2 ist ferner über den normalerweise offenen Thermostatschalter 56 mit Erde 186 verbunden. Der Thermostatschalter 56 ist, wie oben ausgeführt, auf der Heizeinrichtung 14 angebracht und spricht auf deren Temperatur an, um die Basis des Transistors 28 2 direkt mit Erde zu verbinden. Der Emitter des Transistors 28 2 ist mit Erde verbunden, während sein Kollektor mit dem zwischen dem Widerstand 234 und dem Kondensator 233 liegenden Knoten verbunden ist. Liefert die Verriegelungsschaltung 183 Strom, damit der Vorheizer 46 betrieben wird, so wird der Transistor 276 eingeschaltet und der Transistor 28 2 ausgeschaltet. Damit kann der Kondensator 238 abwechselnd aufgeladen und entladen werden, wie oben beschrieben worden ist. Arbeitet der katalytische Heizer Io richtig, so wird die katalytische Heizeinrichtung 14 auf eine Temperatur vorgeheizt, bei der der Thermostatschalter 56 schließt. Dadurch wird die Basis des Transistors 28 2 unabhängig vom Arbeiten des Vorheizers teuerkretses 172 mit Erde verbunden, bevor der Vorheizersteuerkreis 172 ausschaltet. Liegt jedoch die Temperatur der Heizeinrichtung 14 zu dem Zeitpunkt, zu dem der Vorheizersteuerkreis 172 abschaltet, unter der Temperatur, bei der der Thermostatschalter 56 schließt, oder fällt die Temperatur der Heizeinrichtung danach unter diese vorgegebene Temperatur, so wird der Thermostatschalter 56 geöffnet und über den Niderstand 28o wird Strom zum Basis-Emitter-Übergang des Transistors 28 2 geleitet. Der Transistor 28 2 wird dann angeschaltet, daß im wesentlichen die gesamte Ladung vom Kondensator 233 abgezogen wird. Hierdurch wird ein weiteres Arbeiten des Pumpensteuerkreises 21o und damit der Brennstoffpumpe 94 unterbunden.

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Da die Lebensdauer des Katalysatormateriales durch Kontakt mit flüssigem Brennstoff herabgesetzt wird, sollte die dein katalytischen Heizer Io während seines Betriebes zugeführte Menge an flüssigem Brennstoff innerhalb enger Toleranzen eingestellt werden, um sicherzustellen, daß dem katalytischen Heizer kein überschüssiger flüssiger Brennstoff zugeführt wird. Die den katalytischen Heizer zugeführte Menge flüssigen Brennstoffes läßt sich durch Einstellen der Anschlagschraube 136 der Brennstoffpumpe 94 und durch die Geschwindigkeit, mit der die Betriebszyklen der Brennstoffpumpe 94 durch den Pumpensteuerkreis 21o der Schaltung 158 abgewickelt werden, beeinflussen.

Nachstehend wird das Arbeiten der ganzen, den katalytischen Heizer Io enthaltenden Heizanlage zum Vorheizen des Kühlmittels einer Brennkraftmaschine beschrieben. Der Hauptnetzschalter 16 2 wird von Hand betätigt, so daß die elektronische Schaltung 158 unter Spannung gesetzt wird. Damit wird auch dem Vorheizer 46 Strom zur Widerstandsheizung zugeführt. Der Vorheizer 46 heizt zumindest Abschnitte des Katalysatormateriales der Heizeinrichtung auf eine Betriebstemperatur vor, bei der eine katalytische Wärmereaktion mit in die Heizeinrichtung abgegebenem Brennstoff möglich ist. Der Vorheizersteuerkreis 172 der Schaltung 158 steuert die Länge der Zeit, während der dem Vorheizer Strom zugeführt wird, und schaltet den Vorheizer nach Verstreichen einer Zeitspanne ab, die dazu ausreicht, zumindest Abschnitte des Katalysatormateriales auf eine Betriebstemperatur aufzuheizen. Vor Abschalten des Vorheizers durch den Vorheizersteuerkreis 172 wird

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die Brennstoffpumpe 194 durch den Pumpensteuerkreis 21o der Schaltung 158 erregt, so daß Brennstoff durch die Brennstoffeinspritzeinrichtung 6 2 in die Heizeinrichtung 14 abgegeben wird. Arbeitet der katalytische Heizer ordnungsgemäß, so schließt der auf Temperatur ansprechende Thermostatschalter 56, so daß ein weiteres Erregen der Brennstoffpumpe 94 sichergestellt ist, um Brennstoff zum katalytischen Heizer zu fördern. Der zyklisch von der Brennstoffpumpe 94 zu der Brennstoffeinspritzeinrichtung 6 2 geführte pulsierende Strom flüssigen Brennstoffes wird durch das Brennstoffsieb 65 geglättet und ausgemittelt, zumindest teilweise im Verdampferrohr 66 verdampft und aus diesem in die Heizeinrichtung 14 abgegeben. Der verdampfte Anteil des Brennstoffes erfährt unter dem Einfluß des Katalysatormateriales der Heizeinrichtung 14 eine katalytische Reaktion, bei der Wärme erzeugt wird, durch welche die im Wärmetauschermantel 12 befindliche Kühlflüssigkeit erwärmt wird. Wird der Brennstoff durch das Verdampferrohr 66 nicht vollständig verdampft, so fällt der flüssige Anteil desselben vermöge der Schwerkraft in die sekundäre Verdampfereinrichtung 72. Aus dieser wird er nachfolgend verdampft und in das Innere der Heizeinrichtung 14 abgegeben, wo er an einer katalytischen Reaktion teilnimmt, bei der Wärme zum Aufwärmen der im Wärmetauschermantel 12 befindlichen Kühlflüssigkeit erzeugt wird. In der sekundären Verdampfereinrichtung 7 2 erfolgt deshalb eine Verdampfung flüssigen Brennstoffes, da das Verdampferrohr durch die bei der katalytischen Reaktion erzeugte Wärme auf erhöhter Temperatur gehalten wird. Durch die Erwärmung der im Wärmetauschermantel 12 befindlichen Kühlflüssigkeit wird eine Schwerkraftumwälzung (Thermosiphon)

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der Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine durch den Wärmetauschermantel 12 erhalten. Damit wird die Brennkraftmaschine vorgewärmt, so daß sie bei kaltem Wetter leichter in Gang gesetzt werden kann.

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Claims

Walbro Corporation 242 Garfield Avenue Cass City, Mieh.48726, USA 25. Juli 1975 Anwaltsakte M-3599 Patentansprüche

1. Heizanlage, insbesondere zum Vorheizen des Kühlmittels einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch einen katalytischen Konverter (lo), in dem ein Kohlenwasserstoff-Brennstoff in Gegenwart eines Katalysatormatemles flammlos oxidiert wird, durch eine Brennstoffpumpe(94) mit einem Pumpenantrieb (132 bis 138), der bei Zufuhr elektrischer Energie erregt wird, um den Kohlenwasserstoff-Brennstoff zum Konverter (lo) zu fördern und durch eine Oszillator- und Steuerschaltung (158), die bei Verbindung mit einer elektrischen Energiequelle e(161) zyklisch elektrische Energie zum Pumpenantrieb (132 bis 138) der Brennstoffpumpe (94) zuführt, um diese für einen Förderzyklus in Gang zu setzen.

2. Heizanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine in Wärmeleitender Verbindung mit dem Katalysatormaterial und auf dessen

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Temperatuija.nsprech.ende Einrichtung (56), durch welche die Steuerschaltung (158) gesperrt wird, wenn nach Ablauf einer ersten vorgegebenen Zeitspanne die Temperatur unterhalb einer vorgegebenen Temperatur liegt.

3. Heizanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (158) einen elektronischen Schalter (26o) mit einer ersten, einer zweiten und einer Steuerelektrode aufweist, daß über die erste und zweite Elektrode der Pumpenantrieb (132 bis 138) gemäß einem Steuersignal auf der Steuerelektrode mit einer elektrischen Energiequelle (161) verbindbar ist, und daß die Steuerschaltung 158 eine Oszillatorschaltung (216 bis 254) aufweist, die mit einer elektrischen Energiequelle (161) verbindbar ist, um das Steuersignal bereitzustellen, wobei die Oszillatorschaltung (216 bis 254) eine erste vorgegebene Arbeitsperiode aufweist.

4. Heizanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Arbeitsperiode der Oszillatorschaltung (216 -254) eine Zufuhr elektrischer Energie zur Erregereinrichtung (134) des Pumpenantriebes in Abständen im Bereich von 5 bis 15 see. für eine Zeitspanne im Bereich von 3o bis 8o millisec. sicherstellt.

5. Heizanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (158) ferner eine elektrisch mit der Oszillatorschaltung (216 bis 254) verbundene Einrichtung (222,228) aufweist, durch welche deren Arbeitsfrequenz von der ersten

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Arbeitsfrequenz auf eine zweite höhere Arbeitsfrequenz angehoben werden kann, wobei diese Einrichtung einen Schalter (228) aufweist, der mechanisch aktiviert wird, wenn ein Anlaufen der Brennstoffpumpe (94) gewünscht wird.

6. Heizanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite höhere Arbeitsfrequenz sicherstellt, daß der Erregereinrichtung (134) des Pumpenantriebes elektrische Energie in zeitlichen Abständen im Bereich von 3oo bis 6oo millisec. für eine Zeitspanne im Bereich von 3o bis 8o millisec. zugeführt wird.

7. Heizanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (158) einen Steuerkreis (17 2) für das Vorheizen des Katalysatormateriales auf eine Temperatur, bei der das Katalysatormaterial mit dem Kohlenwasserstoff-Brennstoff reagiert, aufweist, wobei dieser Steuerkreis einen wärmeleitend mit dem Katalysatormaterial in Verbindung stehenden elektrischen Heizer (46) und eine Einrichtung zur Zufuhr von Energie (174 bis 2o8) aufweist, durch welche dem Heizer für eine erste vorgegebene Zeitspanne, die von der Temperatur des Katalysatormateriales unabhängig ist, elektrische Energie zugeführt wird.

8. Heizanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezufuhreinrichtung einen ersten Schalter (166) mit einer Offenstellung und einer Schließstellung aufweist, daß der Schal-

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ter (166) dem Rest der Steuerschaltung (158) elektrische Energie zuführt, wenn er sich in der Schließstellung befindet, und daß ein auf die Herstellung einer Verbindung zu der Energiequelle über den ersten Schalter (166) ansprechender Zeitgeber (174 bis 184) vorgesehen ist, um den Heizer (46) für die erste vorgegebene Zeitspanne zu erregen.

9. Heizanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber einen auf das Schließen des Schalters (166) ansprechenden Kreis (182,184) aufweist, der ein mit der Zeit von einem ersten Pegel auf einen zweiten Pegel anwachsendes Spannungssignal bereitstellt; daß der Zeitgeber eine Komparatorschaltung (174) mit einer Referenzeingangsklemme (176) mit

einer Schwellwertsignaleingangsklemme (18o) und einer Ausaufweist
gangsklemme (192)/ die ein dem Referenzeingangssignal und dem Schwellwerteingangssignal zugeordnetes Ausgangssignal bereitstellt, wobei die Referenzeingangsklemme (176) mit einer elektrischen Energiequelle (161) verbunden ist, um an der Referenzeingangsklemme (176) eine Referenzspannung bereitzustellen und wobei die Schwellwertsignaleingangsklemme (13o) elektrisch mit dem auf das Schließen des Schalters (166) ansprechenden Kreis (182,184) verbunden ist; und daß eine auf das Ausgangssignal der Komparatorschaltung (174) ansprechende elektronische Schalteinrichtung (188 bis 2o8) vorgesehen ist, durch welche der Heizer (46) mit einer elektrischen Energiequelle (161) verbunden wird, wenn das Schwellwerteingangssignal unter dem Referenzeingangssignal liegt, und durch welche der Heizer (46)

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von der Energiequelle (161) getrennt wird, wenn das Schwellwerteingangssignal das Referenzeingangssignal überschreitet.

10. Heizanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der auf das Schließen des Schalters (166) ansprechende Kreis einen Kondensator (184) aufweist, der elektrisch mit einer Energiequelle (161) und der Schwellwertsignaleingangsklemme (176) verbunden ist.

11. Heizanlage nach einem der Ansprache 2 bis lo, gekennzeichnet durch eine auf die Aktivierung des Vorheizersteuerkreises (172) ansprechende Einrichtung, welche ein Arbeiten der Oszillatorschaltung (21o) unabhängig von der auf die Temperatur ansprechenden Einrichtung (56) für eine zweite vorgegebene Zeitspanne erlaubt.

12. Heizanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite vorgegebene Zeitspanne nicht größer ist als die erste vorgegebene Zeitspanne.

13. Heizanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste vorgegebene Zeitspanne im Bereicn von Io bis 15 min. liegt.

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