DE3031410A1 - Steuergeraet zum betreiben von heizvorrichtungen - Google Patents

Steuergeraet zum betreiben von heizvorrichtungen

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Description

- 5*- " 303U10
WEBASTO-WERK
W. BAIER GmbH & Co.
8031 Stockdorf
Steuergerät zum Betreiben von Heizvorrichtungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät zum Betreiben von Heizvorrichtungen insbesondere für Fahrzeuge.
Zum Betreiben beispielsweise von Fahrzeugheizungen, die durch Verbrennung von Brennstoff oder durch elektrische Heizung arbeiten, sind unterschiedliche Steuerungen bekannt, die Ein- und Ausschaltzeitpunkte, die Höhe der Heizleistung und auch die Verteilung der Heizleistung betreffen. Eine gängige Art einer Heizungsregelung stellt eine Zweipunktregelung dar, bei der die Heizvorrichtung bei unter einem Sollwert liegender Temperatur des zu heizenden Objekts eingeschaltet und bei auf oder über dem Sollwert liegender Temperatur des Objekts abgeschaltet ist. Naturgemäß werden für unterschiedliche Heizgerätetypen und für unterschiedliche Heizgerätegrößen verschiedene Steuergeräte benötigt, die die Anschlußdaten, Steuermöglichkeiten usw. der jeweiligen Heizgeräte berücksichtigen.
Dies führt bei den Steuergeräten zu einer Typenvielfalt, die die Ausnützung der Vorteile einer größeren Geräteserie unmöglich macht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem einzigen Steuergerät eine Vielzahl unterschiedlicher Steuerungsund Regelungswünsche erfüllen zu können. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst, gemäß der das Steuergerät einen Speicher für verschiedene Steuer- und Regelprogramme und eine Einstellmöglichkeit zur Wahl eines der Programme aufweist. Die verschiedenen Programme berücksichtigen die Anforderungen und Möglichkeiten der unterschiedlichsten Heizgeräte und ermöglichen außerdem die Durchführung auch komplizierter Regelungen. Ein derartiger Programmspeicher kann verhältnismäßig billig bereitgestellt werden. Bei der Zuordnung des Steuergeräts zu einem gegebenen Heizgerätetyp von gegebener Gerätegröße wird der Abruf des zuständigen Programms fest einprogrammiert.
Vorzugsweise enthält der Speicher außer den eigentlichen Programmen nach Anspruch 2 noch andere vorwählbare Parameter wie VorglUhzeit, Sicherheitszeit, Nachlaufzeit, Arbeitstakt-Frequenz einer Brennstoffpumpe, unierschiedliche Brennwächtersignale, verschiedene Temperaturschwellwerte für Überhitzungszustand und Regelbetrieb, Förderleistung von Brennstoff und
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Luft bei Teillastbetrieb usw. Die Wahl eines Programms in Abhängigkeit vom Heizgerätetyp umfaßt auch die Wahl entsprechender charakteristischer Parameter, durch deren festen Abruf das Steuergerät zum Steuergerät für eine gegebene Heizvorrichtung gemacht wird.
Vorzugsweise sind nach Anspruch 3 die Programme in Form getrennter Programmteile gespeichert, die für verschiedene Heizgerätetypen unterschiedlich kombiniert werden können, so daß das Speichervolumen besser ausgenützt ist. Der Speicher selbst ist zweckmäßigerweise in einen Halbleiterbaustein integriert und ist weiterhin zweckmäßigerweise ein Festwertspeicher oder ein programmierbarer Festwertspeicher, dessen Lese-Einstellung bei der Montage in Zuordnung zum jeweiligen Heizgerät fest eingestellt wird, beispielsweise durch feste Verdrahtung oder Verlötung von Leiterenden mit Masse oder Spannung zur Erzielung eines Binärcodes, der codiert das jeweilige Heizgerät angibt.
Die Regelung mit Hilfe des gewählten und fest eingestellten Regelprogramms ermöglicht Regelvorgänge zur Erzielung einer maximalen Optimierung des Wirkungsgrads durch die Maßnahmen nach den Ansprüchen 7 und 8, die insbesondere sinnvoll sind, wenn es sich um eine stetige Heizleistungsregelung handelt, beispielsweise durch Einführung einer Drehzahlsteuerung an
den Brennstoff- und Verbrennungsluftpumpen bzw. -gebläsen, bei der hinsichtlich einer geringen Geräuschentwicklung, Einsparung an elektrischer Energie und Brennstoff und einer gleichmäßigeren Konstanthaltung der Temperatur besondere Vorteile erzielt werden. Um im Fall eines Verbrennungs-Heizgeräts in allen Betriebszuständen ein optimales Brennstoff-Luft-Gemisch einzuhalten, werden noch die Meßwerte der Abgas- oder Flammanalyse, einer direkten oder indirekten Messung des Massenstroms der Verbrennungsluft und des Brennstoffs usw. in vorgegebener Gewichtung für die Regelung mitverarbeitet.
Gemäß Anspruch 9 wird für die Vorheizung eines Fahrzeugs vor Inbetriebnahme als Störgröße auch die Fahrzeug-Bordspannung verarbeitet. Diese Störgröße kann zur Kompensation von schlechten λ-Werten genutzt werden. Wenn nämlich bei niedriger Bordspannung die Drehzahl des Brennluftgebläses sinkt, wird weniger Brennluft gefördert. Ohne geeignete Gegenmaßnahmen kommt es zu einer unerwünschten Veränderung von X· Vorliegend läßt sich dagegen bei einem Absinken der Bordspannung die Brennstoffzufuhr selbsttätig so weit drosseln, daß λ konstant bleibt. Die Maßnahme des Anspruchs 9 ist ferner insofern vorteilhaft, als durch die Heizung zu deren Steuerung und Betrieb auch eine gewisse elektrische Leistung verbraucht wird, die beim Vorheizen im allgemeinen allein aus der Batterie bezogen wird. Hierbei kann es gegebenenfalls
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zu Fehlabschaltungen der Heizanlage oder aber zu Tiefentladungen der Batterie kommen. Das erfindungsgemäße Steuergerät kann so aufgebaut sein, daß es den Ladezustand der Batterie überprüft und die Heizung dann abschältet, wenn ein Starten des Motors gerade noch möglich ist. Die Programmierung kann auch so erfolgen, daß bei absinkender Batteriespannung auf eine gleichbleibende Reistheizung umgeschaltet wird. Die -Batteriekapazitätsüberwachung kann beispielsweise so geschehen, daß der Benutzer anfänglich die Batteriekapazität in das Steuergerät eingibt und dessen Mikrocomputer eine definierte Last zuschaltet sowie die in diesem Moment auftretende Bordspannung überwacht. Anstelle einer solchen SchwellwertUberwachung mit einer der Batteriekapazität proportionalen Last kann auch die Schaltungsauslegung so beschaffen sein, daß der Mikrocomputer den zeitlichen Bordspannungsverlauf differenziert, daraus die Entladekurve der Batterie in Abhängigkeit von der anfänglich eingegebenen Batter.iekapazität errechnet und für eine Abschaltung der Heizung sorgt, wenn ein bestimmter Schwellwert unterschritten wird.
Die Maßnahmen nach den Ansprüchen 11 und 12 ergeben eine besondere Reparaturfreundlichkeit. Die Anzeigevorrichtung kann zur Störmeldung herangezogen werden, wobei beispielsweise das Erlöschen der Lampe einen allgemeinen Störfall
und das Blinken der Lampe einen Überhitzungsfall anzeigt. Die Anschlußmöglichkeit für die externe Dokumentationsvorrichtung gestattet eine schnelle Diagnose auch von Störungen im Steuergerät oder der Heizanlage.
Die Maßnahmen nach den Ansprüchen 13 bis 15, vorzugsweise kombiniert mit einer Schaltuhrfunktion, führen zu einfacher Funktion und Bedienung des Geräts. Der Oszillator, vorzugsweise ein Quarzoszillator,, erzeugt eine Taktfrequenz, von der durch dynamische Teilung sämtliche anderen Impulse und Steuerzeiten abgeleitet werden. Dadurch läßt sich eine hohe Genauigkeit über die gesamte Lebensdauer bei relativ großen Bauteiltoleranzen erreichen. Die Oszillatorfrequenz und/oder die dynamische Teilung können bei der Ausbildung gemäß Anspruch 14 durch Codierung, Umwelteinflüsse und Betriebsbedingungen bestimmt werden. Beispielsweise kann zweckmäßig die Codierung eine Grundfrequenz und damit den Leistungsbereich des Heizgerätes festlegen, während Umwelteinflüsse, wie Luftdruck, Bordspannung und Umgebungstemperatur, sowie Betriebsbedingungen, wie insbesondere die Verbrennungszustände, die Grundfrequenz entsprechend einem Festprogramm, z.B. einer Gewichtungsliste, variieren können. Nach Anspruch 15 sind die Ganggenauigkeit und alle abgeleiteten Zeiten hierbei digital vom Benutzer justierbar. Zum Beispiel
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kann der Benutzer durch Ändern des Teilerverhältnisses in gewissen Grenzen die Ganggenauigkeit einer von dem Oszillator angesteuerten Schaltuhr und die Ganggenauigkeit der abgeleiteten Impulse sowie Steuerzeiten während der Lebensdauer des Steuergerätes z.B. in Abhängigkeit von einer Alterung des Oszillators leicht selbst nachstellen. Ferner ergibt sich der Vorteil, daß für die Großserie weittolerierte und damit preisgünstige Bauteile verwendet werden können. Durch die Verlagerung der Schaltuhrfunktion in das Steuergerät kann die Anzahl der Kabeladern zwischen dem Steuergerät und einer Bedienungskonsole auf zwei reduziert werden, was hinsichtlich Einbaugewicht und Einbauaufwand sehr vorteilhaft ist.
Mit Hilfe der Programmsteuerung sind noch zahlreiche weitere Verfeinerungen möglich, beispielsweise kann bei einer Fahrzeugheizung die Möglichkeit geschaffen werden, daß die Motorheizung oder die Innenraumheizung Priorität hat. Zweckmäßig ist dabei zur Umschaltung ein elektromagnetisch betätigtes Ventil vorgesehen. Auch kann für eine Vorheizung eines Fahrzeugs vor Inbetriebnahme die erforderliche Vorheizzeit in Abhängigkeit von der Anfangstemperatur eingespeichert werden und, wenn die Vorheizung in Anspruch genommen werden soll, nicht der Beginn der Vorheizzeit, sondern die Abfahrtszeit einprogrammiert werden, woraufhin die Vorheizung von selbst zur rechten Zeit beginnt.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 einen prinzipiellen Blockschaltplan
zur Veranschaulichtung des Einbaus eines erfindungsgemäßen Steuergeräts in ein Heizsystem;
Fig. 2 einen Blockschaltplan des Steuergeräts;
Fig. 3 ein vereinfachtes beispielsweises Ab
laufdiagramm.
Fig. 1 zeigt die Einbeziehung des Steuergeräts in ein Heizsystem, das aus einem Heizgerät, dem Steuergerät und einem Anzeige- und Bedienfeld sowie aus einer Mehrzahl von Fühlern, die in codierter Form interessierende Meßwerte an das Steuergerät melden, besteht. Beim Steuergerät wird über eine Anzahl von Leitern, die jeweils einer Binärstelle entsprechen, bei der Montage verschlüsselt das anzuschließende Heizgerät nach Typ und Größe eingegeben, und diese Eingabe bleibt für die Dauer des gesamten Betriebs des Steuergeräts in Verbindung mit diesem Heizgerät bestehen.
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_ 13 '_' 3031 41 O
Aus Fig. 2 ist der grundsätzliche Aufbau eines derartigen Steuergeräts ersichtlich, wobei in der gezeichneten Darstellung die Anschlüsse nach außen denen nach Fig. 1 entsprechen, also an der linken Geräteseite die Anschlußleitungen zum Heizgerät, an der rechten Geräteseite die Anschlußleitungen zum Anzeige- und Bedienfeld, an der oberen Ge\räteseite die Anschlüsse von den an verschiedenen Stellen außerhalb des Heizgeräts befindlichen Fühlern und an der Geräteunterseite die Anschlüsse für die fest zu verdrahtende Codierung dargestellt sind. Wie beschrieben, wird bei der Montage eine feste Codierung eingestellt, so daß die Auswahl der Programmteile und Parameter im Speicher bei gegebener Installation stets gleich erfolgt. Entsprechend wird aus dem Speicher das Ablaufprogramm ausgelesen, bei dem in Abhängigkeit von Programm und Parametern sowie von verschiedenen Meßwerten eine Brennstoffpumpe, ein Brennluftgebläse, eine Glühkerze, eine Zündkerze, eine Umwälzpumpe und/oder ein fahrzeuginternes Heizgebläse gesteuert bzw. geregelt werden.
Fig. 3 zeigt ein aus sich heraus verständliches vereinfachtes Ablaufdiagramm, wie es mit Hilfe des erfindungsgemäßen Steuergeräts durchführbar ist.

Claims (15)

Ansprüche
1.] Steuergerät zum Betreiben von Heizvorrichtungen insbesondere für Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Speicher für verschiedene Steuer- und Regelprogramme und eine Einstellmöglichkeit zur Wahl eines der Programme aufweist.
2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher außerdem verschiedene vorwählbare Parameter für den Programmablauf gespeichert enthält.
3. Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Programme in Form getrennter Programmteile gespeichert sind, die in verschiedenen Kombinationen wählbar sind.
4. Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher in einem Halbleiterbaustein, vorzugsweise in Verbindung mit einem Mikroprozessor, integriert ist.
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ν ir it
5. Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher ein Festwertspeicher oder ein programmierbarer Festwertspeicher ist.
6. Steuergerät nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Wahl der Programme und gegebenenfalls der Parameter durch eine fest einstellbare Lese-Adressierung.
7. Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der gespeicherten Regelprogramme außer der Verarbeitung des Temperaturwerts des zu heizenden Objekts auch die Verarbeitung ermittelter Störgrößen umfaßt.
8. Steuergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Störgrößen Werte einer Flammenanalyse, Werte einer dynamischen Abgasanalyse, die Temperatur der angesaugten Verbrennungsluft, der Druck der angesaugten Verbrennungsluft und/oder Werte der Massenströme von Verbrennungsluft und Brennstoff sind, für die, in elektrisch codierter Form, das Steuergerät Einspeisungsklemmen aufweist.
9. Steuergerät nach Anspruch 7 oder 8 für die Vorheizung eines Fahrzeugs vor Inbetriebnahme, dadurch gekennzeichnet, daß als Störgröße die Fahrzeug-Bordspannung eingeht,
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- 3 - * 3 O 3 H 1 O
10. Steuergerät nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Überwachungsstufe für die Kapazität der Fahrzeugbatterie, mittels deren die Heizung bei Unterschreiten einer zum Starten des Motors noch ausreichenden Restkapazität abschaltbar ist.
11. Steuergerät nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Anzeigevorrichtung aufweist, auf der bei Signaleingang von Störgrößen in gegebenem Wertbereich eine Anzeige erfolgt.
12. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, gekennzeichnet durch eine Anschlußmöglichkeit für eine externe Dokumentationsvorrichtung, die die eingehenden Werte der Störgrößen anzeigt und ein Fehleranalysenprogramm durchführt.
13. Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es für seinen Betrieb einen Oszillator umfaßt, dessen Ausgangssignal nach einer Herunterteilung seiner Frequenz eine Endstufe ansteuert, die Treibimpulse für eine Brennstoffpumpe abgibt.
14. Steuergerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatorfrequenz und/oder die Teilung programmgemäß variabel sind.
15. Steuergerät nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsfrequenz des Oszillators und/oder das Frequenzteilerverhältnis softwaremäßig justierbar sind.
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