DE3928114A1

DE3928114A1 - Heizgeraet

Info

Publication number: DE3928114A1
Application number: DE3928114A
Authority: DE
Inventors: Josef Riedmaier; Johann Flachs
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 1989-08-25
Filing date: 1989-08-25
Publication date: 1991-02-28
Anticipated expiration: 2009-08-26
Also published as: JPH0390431A; DE3928114C2; EP0413942A3; EP0413942A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät, insbesondere ein Fahr zeugheizgerät, das eine Betriebssteuereinrichtung und ein über einen Motor angetriebenes Brennluftgebläse zur Brenn luftförderung zu einem mittels Brennstoff betriebenen Brenner hat.

Aus DE-OS 36 39 172 sind ein Verfahren zum Betreiben eines brennstoffbetriebenen Heizgeräts und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens bekannt. Hierbei kann eine Mengen regeleinrichtung für die Brennluft vorgesehen sein, welche eine geänderte Brennluftmenge dem Brenner entsprechend einer geänderten Brennstoffmenge zuführen kann. Die Auslegung ist derart getroffen, daß die momentan maximal erzeugbare Heiz leistung nach Maßgabe des momentanen Betriebszustandes des Heizgeräts geregelt wird, wozu als maßgebende Regelgröße der Belastungszustand bzw. die Temperatur an entsprechenden Stellen des Heizgeräts genommen wird. Trotz der Regelbarkeit der Brennluftmenge und der Heizleistung des Heizgeräts hängen die jeweiligen Regelgrößen zwangsläufig von der an den Antriebsaggregaten, wie dem Antriebsmotor des Brennluftge bläses, anliegenden Spannung ab, die sich bei einem Fahrzeug heizgerät, das aus der Bordspannungsquelle, wie einer Batterie, gespeist wird, insbesondere durch Bordspannungs schwankungen ändern kann. Auch beeinflussen die Lagerreibung des Antriebsmotors, Druckverluste am Brenner und der vom Abgas erzeugte Gegendruck jeweils die zu regelnden Größen bei einem solchen Fahrzeugheizgerät. Somit ist auch die vom Heiz gerät gelieferte Heizleistung erheblichen Schwankungen unter worfen, welche die Regelbarkeit der Heizleistung und das Betriebsverhalten des Heizgeräts nachteilig beeinflussen. Insbesondere systembedingte Drehzahlschwankungen des Antriebsmotors des Brennluftgebläses führen zu Veränderungen der zugeführten Brennluftmenge, so daß sich die Brennbedin gungen im Brenner insgesamt ändern.

Die Erfindung zielt darauf ab, ein Heizgerät, insbesondere ein Fahrzeugheizgerät, der gattungsgemäßen Art bereit zustellen, bei welchem sich die Regelbarkeit der Heizleistung verbessern läßt, so daß diese insbesondere unabhängig von Beeinflussungen durch äußere Störgrößen ist. Insbesondere soll eine Stabilisierung der Drehzahl des Antriebsmotors des Brennluftgebläses erzielt werden, um weitgehend konstante Verbrennungswerte bei den Heizgeräten der gattungsgemäßen Art zu erhalten.

Nach der Erfindung zeichnet sich ein Heizgerät, insbesondere ein Fahrzeugheizgerät, mit einer Betriebssteuereinrichtung und einem über einen Motor angetriebenen Brennluftgebläse zur Brennluftförderung zu einem mittels Brennstoff betriebenen Brenner dadurch aus, daß eine derartige elektronische Ansteuereinrichtung für das Brennluftgebläse vorgesehen ist, daß die vom Heizgerät erzeugte Heizleistung unabhängig von äußeren Störgrößen, wie Bordspannungsschwankungen oder dergleichen, ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Heizgerät wird somit eine elektro nische Ansteuereinrichtung vorgesehen, welche die anliegenden Spannungen an den ansteuerbaren, für den Betrieb des Heiz geräts maßgeblichen Teilen systemintern stabilisiert, so daß äußere Störgrößen, wie insbesondere Bordspannungsschwankun gen, Lagerreibungen des Brennluftgebläsemotors, Druckverluste am Brenner, vom Abgas erzeugter Gegendruck oder dergleichen, keinen störenden Einfluß und keinen verändernden Einfluß auf die vom Heizgerät erzeugte Heizleistung haben. Da das Heizge rät nach der Erfindung mit einer gleichbleibenden Spannung betrieben wird, ist die vom Heizgerät erzeugte Heizleistung unmittelbar vorbestimmbar. Durch eine entsprechende Regelung der Spannung, insbesondere der Motorspannung des Brennluftge bläseantriebsmotors, kann dann auch in entsprechender Weise die erzeugte Heizleistung variiert werden, und es ist sogar eine kontinuierliche Regelung der erzeugbaren Heizleistung möglich.

Vorzugsweise enthält die Ansteuereinrichtung beim erfindungs gemäßen Heizgerät ein Stellglied für einen Vorgabewert für eine Motorspannung des das Brennluftgebläse antreibenden Motors. Dieser Vorgabewert kann eine vorwählbare Soll-Motor spannung sein, welche beispielsweise auf eine bestimmte Motorspannung unabhängig von der Bordspannungsquelle einstellbar ist.

Alternativ kann der Vorgabewert auch aus der Betriebssteuer einrichtung abgeleitet werden, so daß der Vorgabewert von dem tatsächlichen Steuerungsbetrieb des Heizgeräts abhängig gemacht werden kann.

In beiden Fällen wird erzielt, daß das Stellglied zur Vorgabe einer wählbaren Motorspannung dient.

Als besonders geeignet für das Stellglied haben sich Bipolar- Transistoren oder Leistungs-MOS-FET (Feldeffekttransistoren) erwiesen, da diese betriebszuverlässig arbeiten und eine Kleinbauweise des Stellglieds gestatten.

Das Stellglied der Ansteuereinrichtung kann beim erfindungs gemäßen Heizgerät entweder getaktet oder kontinuierlich ange steuert werden. Bei einer getakteten Ansteuerung erhält man eine verlustleistungsarme Änderung (Regelung).

Ferner weist die Ansteuereinrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform nach der Erfindung eine Konstant halteschaltung auf, welche das Stellglied derart ansteuert, daß die Motorspannung des Brennluftgebläsemotors konstant ist. Durch diese Konstanthalteschaltung wird über die konstante Motorspannung des Brennluftgebläsemotors auch die Drehzahl des Brennluftgebläsemotors stabilisiert und konstant gehalten, so daß auf die vom Brennluftgebläse gelieferte Brennluftmenge Bordspannungsschwankungen im wesentlichen keinen Einfluß haben.

Vorzugsweise wird die Ansteuereinrichtung von einem geschlos senen Regelkreis mit Rückführung gebildet. Alternativ kann die Ansteuereinrichtung auch als ein offener Steuerkreis aus gebildet sein.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltungsform des Heizgeräts nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Ansteuereinrichtung für das Brennluftgebläse systembedingte Laständerungen, wie Motorlagerreibung, Druckverhältnisse am hierdurch angetriebenen Brennluftgebläse oder dergleichen, ausregelt. Durch diese Ausregelung kann das Heizgerät hin sichtlich der Leistung weitgehend unabhängig von solchen Größen betrieben werden, die mit den gerätespezifischen Besonderheiten zusammenhängen.

In vorteilhafter Weise ist die Ansteuereinrichtung derart ausgelegt, daß die elektromotorische Kraft (EMK) des Brenn luftgebläsemotors auf einen Sollwert geregelt wird. Hierzu kann die elektromotorische Kraft im ansteuerfreien Zustand des Brennluftgebläsemotors als Istgröße gemessen und auf den vor gegebenen Sollwert geregelt werden. Bei einer solchen Rege lung kann erreicht werden, daß das Brennluftgebläse mit einer spannungsunabhängigen, konstanten Drehzahl betreibbar ist.

Vorzugsweise erhält man die Istgröße für die elektromotori sche Kraft als Differenz aus der Motorspannung und der im ansteuerfreien Zustand des Brennluftgebläsemotors erhaltenen Meßspannung. Beispielsweise wird hierdurch der Brennluft gebläsemotor mit einer Taktung von etwa 50 Hz angesteuert, im ansteuerfreien Zustand des Brennluftgebläsemotors die Meßspan nung ermittelt und hierdurch der Istwert für die elektromoto rische Kraft bestimmt, und dann erfolgt die Regelung auf den Sollwert für die elektromotorische Kraft. Da durch die hier bei jeweils vorgenommene Messung der Meßspannung des Brenn luftgebläsemotors in seinem ansteuerfreien Zustand die tatsächlichen Betriebsverhältnisse des Motors berücksichtigt werden können, kann hierdurch eine selbsttätige Rege lung zur Stabilisierung der Drehzahl des Brennluftgebläse motors bereitgestellt werden.

Vorzugsweise enthält die Ansteuereinrichtung für das Brenn luftgebläse einen dem Brennluftgebläsemotor vorgeschalteten Regler, der den Brennluftgebläsemotor über eine Pulsweiten modulationsschaltung ansteuert, und ein Soll-Ist-Wert-Ver knüpfungsglied, dem der Istwert für die elektromotorische Kraft über die Drehzahl desselben ermittelt, zugeleitet wird.

Bei der erfindungsgemäßen Auslegung des Heizgeräts wird durch die Stabilisierung der Brennluftgebläsemotorspannung insbe sondere auch erreicht, daß die Heizgerätekomponenten, wie Brenner, Wärmetauscher, Brennluftgebläse, Brennstofförderein richtung und dergleichen auf eine jeweils gewünschte Betriebsspannung abgestimmt werden können, wodurch man her stellungstechnische Vorteile und auch beherrschbare und nahezu gleichbleibende Betriebsverhaltensweisen des Heizge räts erhält.

Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Schaltplan einer Ansteuereinrichtung für ein Heizgerät in Form eines offenen Steuerkreises,

Fig. 2 einen schematischen Schaltplan einer Ausführungs form der Ansteuereinrichtung, welche in Form eines geschlossenen Regelkreises mit Rückführung ausgelegt ist,

Fig. 3 eine Meßschaltung für die Motorspannung des Brennluftgebläsemotors und ein Diagramm zur Verdeutlichung der Meßwertergebnisermittlung, und

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Regelkreises zur spannungsunabhängigen Stabilisierung der Drehzahl eines Brennluftgebläses.

In den Fig. 1 und 2 sind gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Anhand diesen Fig. 1 und 2 werden zwei Ausführungsvarianten einer elektronischen Ansteuereinrichtung für ein Heizgerät verdeutlicht.

In Fig. 1 ist schematisch mit 1 ein Heizgerät angedeutet, das einen Brennluftgebläsemotor 2 hat, welcher ein nicht näher dargestelltes Brennluftgebläse des Heizgeräts 1 antreibt, um Brennluft zu einem mittels Brennstoff betriebenen Brenner des Heizgeräts 1 zu fördern. Eine elektronische Ansteuereinrich tung für den Brennluftgebläsemotor 2 ist insgesamt mit 3 bezeichnet. An den Eingängen der elektronischen Ansteuereinrichtung 3 liegt die jeweilige Bordspannung an, die beispielsweise von der fahrzeugeigenen Batterie geliefert wird. In Abhängigkeit von dem Fahrzeugtyp kann diese Spannung zwischen 10 und 15 V oder zwischen 20 und 30 V liegen. Mit den Ausgängen der elektronischen Ansteuereinrichtung 3 ist der Brennluftgebläsemotor 2 verbunden. Die elektronische Ansteuereinrichtung 3 enthält einen Regler 4, einen Wandler 5 und ein Stellglied 6, dessen einer Ausgang mit dem Ausgang der elektronischen Ansteuereinrichtung 3 verbunden ist. Das Stellglied 6 ist hierbei getaktet angesteuert. Das Stellglied 6 kann von einem Bipolar-Transistor oder einem Leistungs-MOS-FET (Feldeffekttransistor) gebildet werden. Am Regler 4 liegt einerseits die Bordspannung an und anderer seits wird eine Sollgröße in Form eines Vorgabewertes für eine Motorspannung des Brennluftgebläsemotors 2 vorgegeben. Dieser Vorgabewert kann eine wählbare Soll-Motorspannung sein, oder der Vorgabewert kann auch aus der Betriebssteuer einrichtung des Heizgeräts 1 abgeleitet und ermittelt werden.

Mit Hilfe dieser elektronischen Ansteuereinrichtung 3 wird erreicht, daß die Motorspannung am Brennluftgebläsemotor 2 konstant gehalten wird, so daß man eine konstante Drehzahl des zugeordneten Brennluftgebläses erhält.

Ferner kann die elektronische Ansteuereinrichtung 3 eine Konstanthalteschaltung enthalten, welche das Stellglied 6 derart ansteuert, daß die Motorspannung des Brennluftgebläse motors 2 konstant gehalten wird.

Die Auslegung der elektronischen Ansteuereinrichtung 3′ in Fig. 2 unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten im wesentlichen dadurch, daß sie als geschlossener Regelkreis mit Rückführung verwirklicht ist.

Anhand den Fig. 3 und 4 wird eine alternative Ausgestaltungs form des erfindungsgemäßen Heizgeräts näher erläutert, bei der die elektromotorische Kraft eines Brennluftgebläsemotors 10 zur Stabilisierung seiner Drehzahl so geregelt wird, daß man eine spannungsunabhängige konstante Drehzahl des Brennluftge bläsemotors 10 erhält. Diese Regelung der elektromotorischen Kraft beruht auf folgender Grundgleichung:

U_EMK = c × R × n,

wobei c eine Motorkonstante ist, R den magnetischen Fluß und n die Drehzahl bezeichnet.

Bei dem Schaltschild nach Fig. 3 wird der Brennluftgebläse motor 10 mit einer Frequenz von beispielsweise 50 Hz getaktet angesteuert, und im ansteuerfreien Zustand des Brennluft gebläsemotors 10 erfolgt eine Spannungsmessung an demselben.

Wie aus dem Spannungszeitdiagramm der Fig. 3 zu erkennen ist, wird während der Periode T eine Meß spannung U_Meß mit Hilfe von geeigneten Einrichtungen im ansteuerfreien Zustand des Brennluftgebläsemotors 10 erfaßt.

Hieraus wird der Istwert für die elektromotorische Kraft U_EMK ^IST gemäß folgender Gleichung ermittelt:

U_EMK ^IST = U_B-U_Meß

wobei mit U_EMK ^IST der Istwert der der elektromotorischen Kraft zugeordneten Spannung, mit U_B die Bordspannung und mit U_Meß die Meßspannung bezeichnet ist.

Mit Hilfe der in Fig. 4 gezeigten schematischen Ausführungs form einer elektronischen Ansteuereinrichtung 11 werden dann die bei der Messung nach Fig. 3 erhaltenen Meßergebnisse so verarbeitet, daß der Istwert der elektromotorischen Kraft U_EMK ^IST auf einen entsprechend vorgegebenen Sollwert U_EMK ^Soll geregelt. Die elektronische Ansteuereinrichtung 11 nach Fig. 4 umfaßt einen Regler 12, der über eine Pulsweiten modulationsschaltung 13 mit dem Brennluftgebläsemotor 10 ver bunden ist. Dem Regler 12 ist ein Soll-Ist-Wert-Verknüpfungs glied 14 vorgeschaltet, das eine Verknüpfungsstelle für die Rückführung darstellt. Unter Berücksichtigung der Drehzahl n des Brennluftgebläsemotors 10 wird über die voranstehend erläuterte Grundbeziehung von elektromotorischer Kraft und der Drehzahl ein Istwert für die elektromotorische Kraft U_EMK ^IST ermittelt, und an dem Verknüpfungsglied 14 erfolgt ein Vergleich mit der als Sollwert vorgegebenen Vorgabegröße U_EMK ^Soll in Abhängigkeit von dem im Verknüpfungsglied 14 ermittelten Vergleichsergebnis bewirkt dann der Regler 5 über die Pulsweitenmodulationsschaltung 13 eine entsprechende Nachführung der am Brennluftgebläsemotor 10 anliegenden Motorspannung. Mit Hilfe dieser elektronischen Ansteuerein richtung 11 wird die Drehzahl n des Brennluftgebläsemotors 10 spannungsunabhängig konstant gehalten, so daß man eine stabi lisierte Drehzahl n des Brennluftgebläsemotors 10 erhält.

Durch die entsprechend Fig. 3 erläuterte Ermittlung der Meß spannung U_Meß können Einflußgrößen, wie Lagerreibung des Brennluftgebläsemotors 10, Druckverluste am Brenner, durch Abgas des Heizgeräts 1 erzeugter Gegendruck oder dergleichen so berücksichtigt werden, daß diese Größen im wesentlichen keinen Einfluß auf die Drehzahl des Brennluftgebläsemotors 10 haben, d. h. daß diese Größen derart mit Hilfe der elektroni schen Ansteuereinrichtung 11 abgeglichen werden, daß man unabhängig von derartigen Schwankungen eine konstante Dreh zahl n als Ausgangsgröße des Brennluftgebläsemotors 10 erhält.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Einzelheiten der bevorzugten Ausführungsform beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modi fikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1 Heizgerät insgesamt
2 Brennluftgebläsemotor
3 Elektrische Ansteuereinrichtung in Fig. 1
3′ Elektrische Ansteuereinrichtung in Fig. 2
4 Regler
5 Wandler
6 Stellglied
10 Brennluftgebläsemotor in Fig. 3 und 4
11 Elektronische Ansteuereinrichtung insgesamt
12 Regler
13 Pulsweitenmodulationsschaltung
14 Soll-Ist-Wert-Verknüpfungsglied

Claims

1. Heizgerät, insbesondere Fahrzeugheizgerät, mit einer Betriebssteuereinrichtung und einem über einen Motor ange triebenen Brennluftgebläse zur Brennluftförderung zu einem mittels Brennstoff betriebenen Brenner, gekenn zeichnet durch eine derartige elektronische Ansteuer einrichtung (3), (3′), (11) für das Brennluftgebläse, daß die vom Heizgerät (1) erzeugte Heizleistung unabhängig von Stör größen, wie Bordspannungsschwankungen oder dergleichen, ist.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Ansteuereinrichtung (3), (3′) ein Stellglied (6) für einen Vorgabewert für die Motorspannung des Antriebsmotors (2) des Brennluftgebläses enthält.

3. Heizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Vorgabewert eine wählbare Soll- Motorspannung ist.

4. Heizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Vorgabewert durch die Betriebs steuereinrichtung bestimmt wird.

5. Heizgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (6) von einem Bipolar-Transistor gebildet wird.

6. Heizgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (6) von einem Leistungs-MOS-FET (Feldeffekttransistor) gebildet wird.

7. Heizgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (6) getaktet angesteuert ist.

8. Heizgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (6) konti nuierlich angesteuert ist.

9. Heizgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuereinrichtung eine Konstanthalteschaltung enthält, welche das Stellglied (6) derart ansteuert, daß die Motorspannung des Brennluft gebläsemotors (2) konstant ist.

10. Heizgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerein richtung (3′) von einem geschlossenen Regelkreis mit Rückfüh rung gebildet wird.

11. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuereinrichtung (3) von einem offenen Steuerkreis gebildet wird.

12. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Ansteuereinrichtung (11) für den Brennluftgebläsemotor (10) systembedingte Laständerungen, wie Motorlagerreibung, Druckverhältnisse am hierdurch angetriebe nen Brennluftgebläse, oder dergleichen, ausregelt.

13. Heizgerät nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, daß die elektromotorische Kraft (EMK) des Brennluftgebläsemotors (10) auf einen Sollwert geregelt wird.

14. Heizgerät nach Anspruch 14, dadurch gekenn zeichnet, daß die elektromotorische Kraft (EMK) im ansteuerfreien Zustand des Brennluftgebläsemotors (10) als Istgröße gemessen und auf den vorgegebenen Sollwert geregelt wird.

15. Heizgerät nach Anspruch 14, dadurch gekenn zeichnet, daß die Istgröße der elektromotorischen Kraft als die Differenz aus der Motorspannung und im ansteuerfreien Zustand des Brennluftgebläsemotors (10) erhaltener Meßspannung bestimmbar ist.

16. Heizgerät nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuereinrich tung (11) für den Brennluftgebläsemotor (10) einen dem Brenn luftgebläsemotor (10) vorgeschalteten Regler (12), der den Brennluftgebläsemotor (10) über eine Pulsweitenmodulations schaltung (13) ansteuert, und einen Soll-Ist-Wert- Verknüpfungsglied enthält, dem der Istwert für die elektro motorische Kraft über die Drehzahl desselben ermittelt zuge leitet wird.