DE3400864C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Flammenüberwachung bei motorunabhängigen Heizgeräten für Fahrzeuge, bei denen in einer Brennkammer das zündfähige Brennstoff/Luftgemisch mit einer Hochspannungs-Zündkerze gezündet wird und in einem Ablauf­ steuergerät die einzelnen Funktionen des Heizgerätes gesteuert werden und in der heißen Zone der Brennkammer des Heizgerätes ein isoliert in die Brennkammer eingeführter Draht als Flammen­ ionisationssonde angeordnet ist.

An Heizgeräte für Fahrzeuge werden besonders hohe Sicherheitsanforderungen gestellt, insbe­ sondere bezüglich der sicheren Zündung und damit zusammenhän­ gend bezüglich des Abgasverhaltens der Heizgeräte. Dabei muß sichergestellt sein, daß nicht bei nicht gezündeter oder aus­ gegangener Flamme Brennstoff nachgefördert wird und im Falle der verzögerten Zündung sodann eine Verpuffung auftritt oder ein falsch eingestelltes Gemisch die Abgaswerte unzulässig sein läßt. Daher gehören Verfahren zur Flammenüberwachung zu den Sicherheitsmaßnahmen zur Sicherstellung der ordnungsge­ mäßen Zündung.

Die Sicherheitseinrichtungen haben dabei grundsätzlich die Aufgabe, beim Nichtzünden oder beim Erlöschen der Flamme den Brennstoff-Fluß abzuschalten, und zwar während einer vorge­ gebenen Zeit, bis die Brennkammer vom eingeführten aber nicht gezündeten Brennstoff mittels des Gebläses des Heizgerätes freigeblasen ist. Diese Zeit liegt in der Regel unter 2 Min.

Eine bekannte Einrichtung zur Flammenüberwachung besteht in der Verwendung einer Fotodiode oder eines Fotowiderstandes, der zu­ sammen mit einer Elektronik im Steuergerät des Heizgerätes einen Relais-Schalter auslöst. Die Einrichtung spricht auf Licht an, d.h. auf die Helligkeit der Flamme in der Brennkammer. Bei dieser Anordnung zeigt sich jedoch der Nachteil, daß bei der spektralen Verteilung der Flammenhelligkeit ein Maximum im gelben Bereich erforderlich ist. Da bei den optimal einge­ stellten Flammen jedoch ein hoher "Blauanteil" vorhanden ist, reicht diese Einrichtung nicht zur Flammenidentifikation aus. Außerdem muß die Fotodiode oder der Fotowiderstand so ange­ ordnet sein, daß das Licht der Flamme dauernd auf ihn auf­ trifft und daß keine Schwärzung durch Ruß auftritt. Außer­ dem sind die Fotodioden noch gegen Überhitzung zu schützen, so daß sich eine recht aufwendige Konstruktion ergibt bei im ganzen recht kompliziertem Aufbau. Eine Verbesserung wurde dadurch gefunden, daß erkannt wurde, daß bei jeder moleku­ laren Verbrennung ein elektrisch leitendes ionisiertes Gas erzeugt wird, das damit stromleitend wird. Durch diese Er­ scheinung kann eine brennende Flamme durch Ionisationsfluß nachgewiesen werden. Sie finden z. B. bei gasbetriebenen Heizgeräten im stationären Bereich Anwendung (Recknagel/ Sprenger: "Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik", 62. Ausgabe, 1983, S. 662). Gemessen wird dabei der Ionisations­ grad und das gemessene Signal wird in einer elektronischen Steuereinrichtung verarbeitet. Für motorunabhängige Heizgeräte für Fahrzeuge, insbesondere im Betrieb mit flüssigem Brennstoff, sind diese Einrichtungen nicht geeignet; zumal die von der Ionisationssonde gelieferten Signale sehr schwach sind und einer Verstärkung bedürfen. So liegen z. B. bei Heizgeräten der gat­ tungsgemäßen Art die Gerätebetriebsspannungen in der Größenord­ nung von 12 bis 24 Volt, während für ein ausreichendes Signal von der Ionisationssonde 50 bis 200 V erforderlich sind. Hinzu kommt noch, daß bei den gattungsgemäßen Heizgeräten infolge der niedrigen Betriebsspannung die Störungen, die von der Zündein­ richtung ausgehen, so groß sind, daß eine elektronische Auswer­ tung der Meßsignale der Ionisationssonde nicht möglich ist, zumal bei der Zündung noch sich überlagernde, vagabundierende Ströme auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für den Zünd- und Überwachungsvorgang eines motorunabhängigen Heizge­ rätes für Fahrzeuge aufzuzeigen, bei welchem zur nahezu träg­ heitslosen Flammenüberwachung das Signal einer Ionisations­ sonde unter Vermeidung der von der Zündeinrichtung ausgehenden Störungen ausgenutzt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Signal von der Flammenionisationssonde in dem Ablaufsteuer­ gerät über eine Relaisschaltung mit der Hochspannungsfunken­ zündung derart elektrisch verkoppelt ist, daß die Hochspan­ nungsfunkenzündung mindestens einmal während des Zündvorganges kurzzeitig ausgeschaltet ist, wobei in dieser Zündpause die Auswertung des Signals von der Flammenionisationssonde erfolgt. Hierdurch wird erreicht, daß durch die mindestens einmal er­ folgende kurzzeitige Aussetzung des Zündvorganges durch Ab­ schalten der Hochspannungsfunkenzündung ein strömungsfreies Intervall entsteht, in dem das von der Ionisationssonde kommende Signal eindeutig erkannt und ausgewertet werden kann, obwohl die Betriebsspannung des Heizgerätes nur 12 V oder 24 V beträgt. Damit ist dieses Verfahren zur Flammenüberwachung für alle gattungsgemäßen Heizgeräte verwendbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Heizgeräten der gattungs­ gemäßen Art unabhängig davon eingesetzt werden, ob diese Heiz­ geräte einen Druckzerstäuberbrenner enthalten oder einen Rota­ tionszerstäuber. In beiden Fällen kann darauf verzichtet werden, in aufwendiger Weise die Betriebsspannung heraufzutransformieren. Besonders geeignet sind jedoch Heizgeräte mit einem Ultraschall­ zerstäuber-Brenner, da dort sehr hohe Wechselspannungen vorhan­ den sind. Hierbei ist es zweckmäßig, nach Gleichrichtung und evtl. Siebung die gewonnene Spannung zum Betrieb der Ionisa­ tionssonde zu verwenden. Die Leistungsentnahme ist dabei für den Ultraschallzerstäuber vernachlässigbar, so daß keine Beeinträch­ tigung der Betriebsbereitschaft gegeben ist.

Es hat sich gezeigt, daß eine Zündpause von weniger als 1 Sek. zur Erkennung und zur Auswertung des Ionisationssondensignals ausreicht. Bei der Auswerteschaltung handelt es sich um eine übliche im Fachwissen liegende Schaltung. Falls die Erkennung des Ionisationssondensignals zeigt, daß eine Zündung des zünd­ fähigen Brennstoff/Luftgemisches in der Brennkammer erfolgt ist, geht der Zündvorgang noch während der für den Betrieb des Heiz­ gerätes erforderlichen Zeit weiter, zeigt sich jedoch, daß keine Zündung eingetreten ist, so wird die Zündung zunächst zu einem erneuten Zündversuch verzögerungsfrei wieder eingeschaltet und nach einer erneuten Sicherheitszeit von ca. 20 Sek. wird wieder nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Flammenüberwachung ge­ prüft, ob eine Zündung stattgefunden hat. Ist eine Zündung er­ folgt, so kann aus Sicherheitsgründen einmal, z. B. nach wei­ teren 20 Sek., nochmals überprüft werden, ob die Zündung Be­ stand hatte. Falls jedoch keine Zündung stattfand, wird das Heizgerät bleibend abgeschaltet. Sobald der Betrieb des Heiz­ gerätes, auch nach Abschalten der Zündung nach einer zweiten Sicherheitszeit von z. B. 20 Sek. nach der ersten Überprüfung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Flammenüberwachung, in Betrieb gegangen ist, findet eine permanente Überwachung auf das Vorhandensein der Flamme durch die Flammenüberwachung statt, so daß bei einem unkontrollierten Ausgehen der Flamme automatisch über die Flammenüberwachung wieder eine Zündung eingeleitet bzw. nach vergeblichem Versuch das Heizgerät aus­ geschaltet werden kann.

Die Flammenionisationssonde wird zweckmäßigerweise als iso­ lierter Draht ähnlich wie eine Zündkerze in die Brennkammer ragend angeordnet. Die Sondenlänge wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß der isolationsfreie Teil des Drahtes, die eigent­ liche Sonde, möglichst weit in den heißen Teil der Brennkammer hineinragt.

Claims (2)

1. Verfahren zur Flammenüberwachung bei motorunabhängigen Heizgeräten für Fahrzeuge, bei denen in einer Brennkammer das zündfähige Brennstoff/Luftgemisch mit einer Hoch­ spannungs-Zündkerze gezündet wird und in einem Ablaufsteuer­ gerät die einzelnen Funktionen des Heizgerätes gesteuert werden und in der heißen Zone der Brennkammer des Heiz­ gerätes ein isoliert in die Brennkammer eingeführter Draht als Flammenionisationssonde angeordnet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Signal von der Flammenionisationssonde in dem Ablaufsteuergerät über eine Relaisschaltung mit der Hochspannungsfunkenzündung derart elektrisch verkoppelt ist, daß die Hochspannungsfunkenzündung mindestens einmal während des Zündvorganges kurzzeitig ausgeschaltet ist, wobei in dieser Zündpause die Auswertung des Signals von der Flammen­ ionisationssonde erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Zündpause weniger als 1 Sek. beträgt.