DE3839535C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein mit flüssigem Brennstoff betrie­ benes, motorunabhängiges Heizgerät für ein Kraftfahrzeug, mit einem Brenner, einem Wärmetauscher, einer Brennstoff­ zufuhr, einem von einem Elektromotor angetriebenen Verbren­ nungsluftgebläse und einer Flammenüberwachungseinrichtung.

Heizgeräte dieser Art sind z.B. Standheizungen von Perso­ nenkraftwagen, Lastkraftwagen oder Omnibussen, die unab­ hängig vom Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs arbeiten. Der flüssige Brennstoff (Benzin, Diesel) wird in einem Brenner unter Zufuhr von Verbrennungsluft verbrannt. Typischerweise ist die Brennkammer von einem von Luft oder Wasser durchflossenen Wärmetauscher umgeben.

Aus sicherheitstechnischen Gründen ist gesetzlich vorge­ schrieben, daß bei einem Flammenabbruch innerhalb einer gewissen Zeitspanne die Brennstoffversorgung gestoppt wird, um einer Explosionsgefahr oder dergleichen vorzubeugen. Ein Flammenabbruch während des Betriebs des Heizgeräts bedeutet nämlich in der Regel eine Betriebsstörung, die unbedingt behoben werden muß.

Das Erkennen eines Flammenabbruchs kann auf unterschied­ lichste Weise erfolgen: üblich und bekannt ist z.B. die Verwendung eines optischen Fühlers. Diese Lösung kann je­ doch problematisch sein aufgrund der Schwierigkeit, den optischen Fühler an der passenden Stelle anzuordnen.

Eine andere Möglichkeit der Flammenüberwachung besteht darin, die Temperaturen im Brennraum oder am Wärmetauscher oder an der Brennkammer zu messen, um aus einem Temperatur­ abfall auf einen Flammenabbruch zu schließen. Ein Tempera­ turabfall außen an der Brennkammer oder an dem Wärmetau­ scher findet in einer für die Flammenüberwachung auswertba­ ren Weise jedoch nur dann statt, wenn sich in der Brennkam­ mer oder am Wärmetauscher keine Luft staut. Ist z. B. ein Flammenabbruch erfolgt und arbeitet auch das Verbrennungs­ luftgebläse nicht, so staut sich die erhitzte Luft in der Brennkammer, so daß die Temperatur auf der Brennkammer nur relativ langsam abfällt. Das Erkennen des Temperaturabfalls erfolgt dann viel zu spät, erst lange nach Ablauf der vorgeschriebenen Zeitspanne, innerhalb der die Brennstoff­ zufuhr gestoppt werden muß.

Man muß also dafür sorgen, daß auch nach einem Flammenab­ bruch Verbrennungsluft in die Brennkammer gefördert bzw. Heizluft über den Wärmetauscher geblasen wird. Nur dann sinkt die Temperatur auf der Brennkammer bzw. dem Wärmetau­ scher nach einem Flammenabbruch rasch genug, um ein recht­ zeitiges Erkennen des Flammenabbruchs zu gestatten.

Zur Überwachung des das Gebläse antreibenden Elektromotors ist es bislang üblich, die Stromaufnahme des Motors zu messen. Liegt die Stromaufnahme innerhalb eines bestimmten Sollbereichs, so wird dies als ordnungsgemäßer Betrieb des Gebläsemotors bewertet. Auch ist es üblich, eine Überwachung der Stromaufnahme durch ein strombetriebenes Reedrelais in Verbindung mit einer Schmelzsicherung im Motorstromkreis vorzunehmen.

Aus der DE-37 38 739 A1 ist eine Sicherheitsschaltung für motorunabhängige Heizgeräte für Kraftfahrzeuge bekannt, die den Betrieb des Heizgebläses betrifft. Um Überhitzungen bei Ausfall des Heizgebläses zu vermeiden, liegt in dem Stromkreis des Heizluftgebläses eine Spule, der ein Hallelement zugeordnet ist. Im Normalfall erzeugt das Hallelement ein einen ordnungsgemäßen Betrieb kennzeichnendes Signal, da es das von der stromdurchflossenen Spule erzeugte Magnetfeld feststellt. Bei stillstehendem Motor des Heizluftgebläses fließt kein Strom, und die Spule erzeugt kein Magnetfeld, so daß das Hallelement ein entsprechendes Störsignal an eine Steuereinrichtung gibt, welche daraufhin die Kraftstoffzufuhr unterbricht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine im Vergleich zum Stand der Technik vereinfachte Flammenüberwachung, speziell eine Überwachung des Betriebs des Gebläsemotors zu schaffen, die zuverlässige Ergebnisse liefert.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Einrichtung zum Überwachen des Betriebs des Gebläsemotors als Bestandteil der Flammenüberwachungseinrichtung aufweist:

• - Eine Schalteranordnung zum Unterbrechen der Spannungs­ zufuhr zu dem Elektromotor in bestimmten Zeitabständen,

und

• - eine Meßeinrichtung, die während der Spannungsunter­ brechung die von dem Motor erzeugte Generatorspannung mißt und bewertet.

Die Unterbrechungen erfolgen jeweils nur für eine sehr kurze Zeitspanne, so daß die Drehzahl des Motors während der Abtrennung von der Spannungsquelle kaum verringert wird. Innerhalb dieser kurzen Zeitspanne wird die jetzt von dem als Generator anzusehenden Motor erzeugte Generator­ spannung gemessen. Hat der Motor eine bestimmte Mindest­ drehzahl, so wird die zu der Drehzahl proportionale Genera­ torspannung erzeugt. Die Meßeinrichtung bewertet die Gene­ ratorspannung. Liegt sie oberhalb eines bestimmten Pegels, so wird davon ausgegangen, daß der Gebläsemotor korrekt arbeitet. Ist die Generatorspannung zu niedrig, so wird z.B. eine Störungsmeldung erzeugt, da bei Funktionsuntüch­ tigkeit des Gebläsemotors ein einwandfreies Erkennen eines Flammenabbruchs durch Messen der Temperatur auf der Brenn­ kammer oder dem Wärmetauscher nicht möglich ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Meßeinrichtung eine Steuerung aufweist, die die Genera­ torspannung mit einem Vorgabewert vergleicht. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung in Verbindung mit einer Mi­ kroprozessorsteuerung, die auch andere Steuerungsaufgaben übernimmt. Es braucht dann zur Überwachung des Betriebs des Gebläsemotors lediglich die Schalteranordnung mit einer Meßvorrichtung vorgesehen zu werden, wobei der Mikroprozes­ sor den Betrieb der Schalteranordnung steuert und von der Meßeinrichtung die Generatorspannungs-Signale abnimmt.

Insbesondere ist vorgesehen, daß die Schalteranordnung eine Schaltvorrichtung enthält, die derart angesteuert wird, daß sie in vorbestimmten Zeitabständen für jeweils eine vorbestimmte Zeitspanne die Anschlüsse des Elektromotors von der Speisespannungsquelle trennt.

Die Steuerung kann zunächst anhand des Generatorspannungs- Signals feststellen, ob überhaupt eine Generatorspannung erzeugt wird. Liegt keine Generatorspannung vor, so bedeu­ tet dies auf jeden Fall einen Motorstillstand. Ist die Generatorspannung vorhanden, so kann dann in einem zusätz­ lichen Verarbeitungsschritt festgestellt werden, ob die Generatorspannung über einem voreingestellten Mindestwert liegt.

Abhängig vom Typ des Gebläsemotors kann der geeignete Min­ destwert für die Generatorspannung vorgespeichert werden.

Ist das Heizgerät für verschiedene Heizleistungen ausgelegt und gibt es demgemäß für die verschiedenen Heizstufen un­ terschiedliche Soll-Drehzahlen des Gebläsemotors, so kann die Mikroprozessorsteuerung je nach eingestellter Heizstufe einen unterschiedlichen Mindestwert für die Generatorspan­ nung dem durchzuführenden Vergleich zugrundelegen.

Die Zeitspannen für das Ermitteln der Generatorspannung sind sehr kurz, vorzugsweise unterhalb von 1 Sekunde. Die zeitlichen Abstände zwischen den Generatorspannungs-Prüfun­ gen betragen z.B. 4 Minuten, was der Zeitspanne entspricht, innerhalb der ein Flammenabbruch festgestellt und die Brennstoffzufuhr gestoppt werden muß.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzip-Skizze eines Gebläsemotors mit zugehöriger Steuereinrichtung und Schalter­ anordnung,

Fig. 2a den zeitlichen Verlauf der Drehzahl des Gebläsemotors nach Fig. 1,

Fig. 2b ein Impulsdiagramm von Schaltimpulsen, und

Fig. 2c Abtastwerte für die Generatorspannung.

Nach Fig. 1 wird ein für die Verbrennungsluft oder die Heizluft vorgesehener Gebläsemotor M über zwei Leitungsan­ schlüsse L 1, L 2 und eine allgemein mit 1 bezeichnete Schal­ ter- und Meßeinrichtung 1 aus zwei Leitungen 6 und 7 einer Versorgungsspannungsquelle gespeist. Die Versorgungsspan­ nungsquelle befindet sich innerhalb einer hier als Block 5 dargestellten Einheit, die einen auch anderweitige Steue­ rungsaufgaben übernehmenden Mikroprozessor (µP) und eine Treiberschaltung für den Motor enthält.

Die Schalter- und Meßeinrichtung 1 enthält einen Schalter 2 und 3 und einen digitalen oder analogen Spannungsmesser 4.

Durch ausgezogene Linien ist in Fig. 1 der Zustand darge­ stellt, daß der Motor M über die Leitungen L 1 und L 2 und den Schalter 2 und an das Meßgerät 4 angeschlossen ist, so daß das Meßgerät 4 die derzeit von dem sich drehenden Motor M erzeugte, drehzahlproportionale Generatorspannung V_G mißt. Der Spannungswert V_G wird über eine Signalleitung an den in dem Block 5 enthaltenen Mikroprozessor gegeben. Der Mikroprozessor hat zuvor über eine Steuerleitung SW ein Schaltsignal an die Schalter 2 und 3 gegeben, so daß diese aus der gestrichelt dargestellten Stellung in die durch ausgezogene Linien dargestellte Stellung gelangt sind. In der gestrichelt dargestellten Stellung verbinden die Schalter 2 und 3 die Leitungen 6 und L 1 bzw. 7 und L 2.

Der Gebläsemotor M ist Bestandteil eines fahrzeugmotorunabhängig von einem flüssigen Brennstoff betriebenen Heizgeräts, z.B. einer Standheizung, eines Kraftfahrzeugs. Die übrigen Teile des Heizgeräts sind hier nicht dargestellt. Um einen eine Störung darstellenden Flammenabbruch des Brenners des Heiz­ geräts durch Feststellen eines Temperaturabfalls am Wärme­ tauscher oder an der Brennkammer erkennen zu können, muß dafür gesorgt werden, daß bei einem Flammenabbruch die Temperatur am Wärmetauscher bzw. an der Brennkammer tat­ sächlich abnimmt und nicht etwa durch einen Wärmestau nur sehr langsam abklingt. Deshalb wird mit oder kurz nach dem Einschalten des Gebläses der Gebläsemotor überwacht. Nur wenn der Gebläsemotor arbeitet, ist gewährleistet, daß Verbrennungsluft durch die Brennkammer unter Abkühlung derselben hindurchgefördert wird bzw. Heizluft über den Wärmetauscher streicht und diesen wegen fehlender Heizener­ gie in der Brennkammer abkühlt.

Anhand der Fig. 2a bis 2c soll kurz der Betrieb der Gebläse­ motorüberwachung nach Fig. 1 erläutert werden. Fig. 2a zeigt einen möglichen Verlauf der Drehzahl des Motors M. Bis zu einem Zeitpunkt t₂ schwankt die Drehzahl in gewissen Grenzen. Auch nach dem Zeitpunkt t₂ ist die Drehzahl etwa konstant. Zu einem Zeitpunkt t_x beginnt die Drehzahl aufgrund einer hier nicht näher interessierenden Störung abzunehmen.

Wie Fig. 2b zeigt, wird in bestimmten Zeitabständen von beispielsweise 42 Sekunden zu den Zeitpunkten t₁, t₂, t₃... ein Schaltimpuls SW erzeugt, der ein Umschalten der Um­ schalter 2 und 3 nach Fig. 1 bewirkt. Anschließend an die genannten Zeitpunkte t₁, t₂... wird für eine gewisse Zeit­ spanne T_A von beispielsweise 0,5 Sekunden, während der das Meßgerät 4 an den Motor angeschaltet ist, die von dem sich drehenden Motor erzeugte Generatorspannung V_G gemessen. Der Meßwert wird an die Mikroprozessorsteuerung geliefert.

Wie Fig. 2c zeigt, haben zu den Zeitpunkten t₁ und t₂ die dann gemessenen Generatorspannungen V_{G 1} bzw. V_{G 2} einen Wert, der oberhalb eines unteren Grenzwerts V_Gmin liegt.

Im Zeitpunkt t₃ ist die Drehzahl des Motors bereits be­ trächtlich abgefallen, und demzufolge wird eine Generator­ spannung V_{G 3} gemessen, die unterhalb des unteren Grenzwerts V_Gmin liegt. Dies wird durch einen in der Mikroprozessor­ steuerung 5 durchgeführten Vergleich festgestellt, und es wird eine Fehlermeldung ausgegeben.

Der Mikroprozessor kann so programmiert sein, daß vor einem etwaigen Vergleich zunächst nur festgestellt wird, ob über­ haupt eine Generatorspannung vorliegt. Ist innerhalb eines Meßintervalls keine Generatorspannung vorhanden, so braucht der Vergleich überhaupt nicht durchgeführt zu werden.

Claims (7)

1. Mit flüssigem Brennstoff betreibbares, motorunabhängi­ ges Heizgerät für ein Kraftfahrzeug, mit einem Brenner, einem Wärmetauscher, einer Brennstoffzufuhr, einem von einem Elektromotor (M) angetriebenen Gebläse und einer Flammenüberwachungseinrichtung,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Flammenüberwachungseinrichtung aufweist:

• - eine Schalteranordnung (2, 3) zum Unterbrechen der Spannungszufuhr zu dem Elektromotor (M) in bestimmten Zeitabständen, und
• - eine Meßeinrichtung (4, 5), die während der Spannungs­ unterbrechung die von dem Motor erzeugte Generatorspan­ nung mißt und bewertet.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteranordnung (2, 3) den Motor einpolig ausschaltet.

3. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteranordnung (2, 3) als Umschalter ausgeführt ist, welche die Meßeinrichtung nur während der Meßpause mit dem Elektromotor verbindet.

4. Heizgerät nach einem der Anspürche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine Steuerung (µP) aufweist, die die Generatorspannung (V_G) mit einem Vorgabewert vergleicht.

5. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteranordnung (2, 3) derart angesteuert wird, daß sie in vorbestimmten Zeitabständen für jeweils eine vorbestimmte Zeitspanne die Anschlüsse des Elektromotors (M) von der Speisespannungsquelle (6, 7) trennt.

6. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich geprüft wird, ob die Schalteranordnung geöffnet hat, indem festgestellt wird, ob die Generatorspannung um mindestens 3% niedriger liegt als die davor festgestellte Betriebsspannung.

7. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung, auch für den Wasserpumpenmotor und/oder das Heizgebläse des Heizgeräts eingesetzt wird.