DE4323221C1 - Verfahren zum Starten eines brennerbetriebenen Heizgerätes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten eines brennerbetriebenen Heizgerätes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus einer Einbauanweisung des Fahrzeugheizgerätes BW 80/DW 80 der Firma Webasto vom September 1989 ist aus dem auf Seite 15 abgebildeten Funktionsablaufdiagramm ein derartiges Verfahren zum Starten eines brennerbetriebenen Heizgerätes bekannt, bei dem die Brennstoff-Fördermenge und die von einem Brennluftgebläse geförderte Brennluftmenge zu Beginn des Brennerbetriebs variiert werden. Eine Variierung der Brennluftmenge über die Drehzahl des Brennluftgebläses erfolgt dort erst nach Entstehen einer Flamme, welche durch einen Flammwächter signalisiert wird, während des anschließenden Hochfahrens des Heizgerätes in den Vollastbetrieb. Bauteilbedingte Toleranzen an Brennstoffpumpen und Brennluftgebläsen sowie unterschiedliche klimatische oder geodätische Verhältnisse beim Einsatz von Fahrzeugheizgeräten führen dazu, daß bisweilen nicht das für einen Start des Heizgerätes geeignete Brennstoff- Brennluft-Verhältnis gebildet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Starten eines brennerberiebenen Heizgerätes anzugeben, mit dem die Startsicherheit des Gerätes erheblich gesteigert ist.

Diese Aufgabe wird durch das Merkmal gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird während des Zündzeitraumes in der Startphase, d. h. vor Ansprechen des Flammwächters, die Drehzahl des Brennluftgebläses bei konstanter Brennstoff-Förderung mittels des Steuergerätes angehoben. Durch dieses Anheben der Drehzahl des Brennluftgebläses wird das Brennstoff-Brennluft-Verhältnis während der Startphase in einem weiten Bereich variiert. In diesem weiten Bereich befindet sich mit großer Sicherheit ein für das Starten des Heizgerätes geeignetes Brennstoff-Brennluft-Verhältnis.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Anhebung der Drehzahl des Brennluftgebläses während des Zündzeitraumes in der Startphase kann in Stufen erfolgen, vorteilhaft ist jedoch eine kontinuierliche Anhebung derselben. Hierbei wird bei gleichzeitig konstanter Brennstoff-Förderung das gebildete Gemisch von fett bis mager kontinuierlich variiert, wobei mit großer Sicherheit optimale Zündbedingungen erreicht werden.

Vorteilhaft ist es ferner, wenn nach Ansprechen des Flammwächters die Drehzahl des Brennluftgebläses weiter angehoben wird. Dadurch wird das beim Start benötigte relativ fette Gemisch sehr schnell verdünnt, wodurch schnell bessere Brennwerte erreicht werden.

Beim unmittelbaren Start des Heizgerätes ist es vorteilhaft, daß zum Auffüllen des bei jedem Verdampfungsbrenner vorhandenen saugfähigen Körpers die Brennstoff- Fördereinrichtung für eine kurze Vorförderphase mit hoher Drehzahl beziehungsweise Frequenz betrieben wird, nach der sie auf eine niedrigere Drehzahl beziehungsweise Frequenz abgesenkt wird, auf der sie während des Zündzeitraumes der Startphase verbleibt.

Nach dem Ansprechen des Flammwächters wird die Brennstoff-Förderung erhöht, wobei diese Erhöhung besonders vorteilhaft allmählich, d. h. in Form einer ansteigenden Rampe oder in dieser angenäherten Stufen erfolgt. Die dabei gelieferte Brennstoffmenge wird somit der bei steigender Drehzahl des Brennluftgebläses erhöhten Brennluftmenge zur Bildung eines auf Abgaswerte, Brenngeräusch und Startsicherheit optimierten Brennstoff- Brennluft-Verhältnisses angepaßt.

Als besonders vorteilhaft haben sich die Maßnahmen nach Patentanspruch 8 bzw. 9 erwiesen. Dadurch wird die Gefahr verringert, daß die gerade gebildete Flamme bei steigender Brennluftmenge ausgeblasen wird und die für Verdampfungsbrenner typischen hohen, unverbrannten Kohlenwasserstoffanteile, insbesondere bei tiefen Temperaturen, auftreten bzw. bleiben die für die Verdampfung des Brennstoffs benötigten Teile, wie der saugfähige Körper und dessen Träger sowie die Brennkammerwand, auf einem für einen zweiten Startversuch erforderlichen hohen Temperaturniveau und müssen nicht erneut vorgeheizt werden.

Für einen ausnahmsweise erforderlichen zweiten Startversuch ist es vorteilhaft, wenn die Brennstoff-Förderung ohne die im ersten Startversuch weiter oben beschriebene Vorförderphase auf niedrigem Niveau beginnt und bis zum Ansprechen des Flammwächters kontinuierlich auf diesem niedrigen Niveau verbleibt. Dadurch kann eine Überfettung, die vom ersten vergeblichen Startversuch herrührt, bei der aufgrund des Luftüberschusses im zweiten Startversuch ebenfalls langsam ansteigenden Brennluftmenge abgebaut werden.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt besonders vorteilhaft bei einem Luftheizgerät, bei dem das Brennluftgebläse und ein Heizluftgebläse zur Förderung von Heizluft über einen vom Abgas des Brenners erhitzten Wärmetauscher von einem gemeinsamen Elektromotor angetrieben werden. Da das Brennluftgebläse auf einem niedrigen Niveau startet und dessen Drehzahl nur allmählich angehoben wird, wird über das mit der gleichen Drehzahl vom Antriebsmotor betriebene Heizluftgebläse zunächst auch nur wenig Heizluft gefördert, wodurch die Komforteinschränkung des Benutzers durch den kalten Luftzug beim Start verringert wird.

Ein Luftheizgerät mit einem Verdampfungsbrenner und einem dem Brennluftgebläse und dem Heizluftgebläse gemeinsamen Elektromotor ist aus der DE 35 38 201 A1 bereits bekannt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Luftheizgerät und

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Verdeutlichung des Betriebes eines Brennluftgebläses, einer Brennstoff-Fördereinrichtung sowie einer Glüheinrichtung während einer Startphase.

In Fig. 1 ist ein als Luftheizgerät ausgebildetes Heizgerät insgesamt mit 1 bezeichnet. Es umfaßt einen Brenner 2, der als Verdampfungsbrenner einen saugfähigen Körper 3 zur Speicherung und Verdampfung flüssigen Brennstoffs aufweist. Der Brennstoff wird dem saugfähigen Körper 3 mittels einer Brennstoff-Fördereinrichtung 5 über eine Brennstoffleitung 4 zugeführt. Der saugfähige Körper 3 begrenzt stirnseitig eine Brennkammer 7, in die eine Glüheinrichtung 6 für ein Erhitzen und Verdampfen des Brennstoffes in der Startphase des Gerätes sowie ein Flammwächter 8 zur Überwachung der Flammbildung und zur kontinuierlichen Überwachung der Flamme hineinragen. Auf der von der Brennkammer 7 abgewandten Seite ist hinter dem saugfähigen Körper 3 ein Brennluftgebläse 9 angeordnet, mittels dem Brennluft in die Brennkammer 7 gefördert wird. Das Brennluftgebläse 9 wird mittels eines Elektromotors 10 angetrieben, dessen Drehzahl variabel ist. Ebenso variabel ist die Drehzahl beziehungsweise, bei einer Pumpe mit hin- und hergehendem Kolben, die Frequenz der Brennstoff-Fördereinrichtung 5. Das in der Brennkammer 7 gebildete Gemisch aus Brennstoff und Brennluft verbrennt und erhitzt mit seinem heißen Abgas einen Wärmetauscher 11, bevor es über einen Abgasstutzen 12 das Heizgerät 1 verläßt. Über die Außenwände des Wärmetauschers 11 wird mittels eines Heizluftgebläses 13, das vom gleichen Elektromotor 10 angetrieben wird, Heizluft von einem stirnseitig angeordneten Lufteinlaß 14 zu einem an der gegenüberliegenden Stirnseite angeordneten Luftauslaß 15 gefördert. Der Luftauslaß 15 ist mit einem zu beheizenden Raum, beispielsweise einem Fahrzeuginnenraum, verbunden.

Die Drehzahlen beziehungsweise Frequenzen der Brennstoff-Fördereinrichtung 5 sowie die Drehzahl des Elektromotors 10 und der Betrieb der Glüheinrichtung 6 werden mittels eines Steuergerätes 16 gesteuert, dem als ein Eingangssignal das Signal des Flammwächters 8 zugeführt wird. Weitere Einzelheiten des in Fig. 1 gezeigten Heizgerätes 1 sind nachfolgend nicht beschrieben.

Im Diagramm der Fig. 2 stellt die horizontale Achse einen Zeitstrahl dar, der von t₀ bis t₁₅ in verschiedene Intervalle unterteilt ist. Über diesem Zeitstrahl ist bei A der Betrieb oder Nichtbetrieb der Glüheinrichtung 6 mit den Ziffern 1 beziehungsweise 0 bezeichnet; darüberliegend ist bei B der geförderte Brennstoffmengenstrom _BS und bei C die vorgegebene Drehzahl n_G des Brennluftgebläses 9 aufgetragen. Mit T₁ ist unterhalb der horizontalen Achse das Zeitintervall für einen ersten Startablauf bezeichnet, der die Intervalle zwischen den Punkten t₀ und t₈ umfaßt. Mit T₂ ist der Verlauf eines im Notfall erforderlichen Zweitstartes bezeichnet, der die Intervalle zwischen den Punkten t₉ und t₁₅ umfaßt.

Bei einem Start des Heizgerätes zum Zeitpunkt t₀ geht die Glüheinrichtung 6 in Betrieb und das Brennluftgebläse 9 beginnt mit niedriger Drehzahl, etwa 25% der maximalen Drehzahl, zu arbeiten. In dieser Phase wird der saugfähige Körper 3 und die Brennkammer 7 mittels der Glüheinrichtung 6 vorgewärmt. Zum Zeitpunkt t₁ wird die Brennstoff- Fördereinrichtung 5 von null kurzzeitig auf eine hohe Förderleistung hochgefahren, um den saugfähigen Körper 3 auch nach einem längeren Stillstand des Heizgerätes 1 mit genügend Brennstoff zu versorgen. Diese Vorförderphase wird zum Zeitpunkt t₂ beendet, ab dem die Brennstoff-Fördereinrichtung 5 etwa mit halber Förderleistung weiter betrieben wird. Die Glüheinrichtung 6 und das Brennluftgebläse 9 sind zu diesem Zeitpunkt unverändert in Betrieb. Im Zeitpunkt t₃ wird die Drehzahl des Brennluftgebläses 9 in Form einer Rampe allmählich auf etwa 50% der maximalen Drehzahl angehoben. Da die geförderte Brennstoffmenge gleichzeitig konstant bleibt, wird zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₄ das sich in der Brennkammer 7 bildende Gemisch kontinuierlich von fett in Richtung mager verändert, wobei im Normalfall ein für das Zünden des Gemisches geeigneter Punkt durchlaufen wird. Zwischen den Punkten t₄ und t₅ wird das Brennluftgebläse 9 mit konstanter Drehzahl von etwa 50% der maximalen Drehzahl weiter betrieben. Zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₅ findet im Normalfall das Zünden der Flamme in der Brennkammer 7 statt. Wenn der Flammwächter 8 ab Zeitpunkt t₃ bis zum Zeitpunkt t₅ eine ordnungsgemäße Flammbildung an das Steuergerät 16 signalisiert, so wird vom Zeitpunkt t₅ bis t₆ die Drehzahl des Brennluftgebläses 9 um einen bestimmten Betrag angehoben, der ein weiteres Abmagern des beim Starten relativ fetten Gemisches bewirkt, um bereits kurz nach dem Bilden der Flamme gute Brennwerte mit geringen Schadstoffwerten zu erzielen. Zwischen den Zeitpunkten t₆ und t₇ schließlich wird die Drehzahl des Brennluftgebläses 9 in Form einer Rampe allmählich bis auf Vollast gesteigert, wobei gleichzeitig die Brennstoff-Förderleistung in Stufen oder alternativ dazu auch kontinuierliche ebenfalls auf die volle Höhe angehoben wird. Erst nachdem das Brennluftgebläse 9 und die Brennstoff-Fördereinrichtung 5 ihre maximale Drehzahl/Förderleistung erreicht haben, wird die Glüheinrichtung 6 abgeschaltet (Zeitpunkt t₈), wodurch die Flamme beim Hochfahren auf Volleistung durch die von der Glüheinrichtung 6 abgegebene Energie zusätzlich stabilisiert wird und ein Ausblasen der gerade gebildeten Flamme wirksam verhindert wird.

Der weitere Betrieb des Heizgerätes erfolgt dann in bekannter Weise zeit- und/oder temperaturgesteuert in einer oder mehreren Laststufen oder mit kontinuierlicher Heizleistungsregelung.

Sollte ausnahmsweise bis zum Zeitpunkt t₅ kein Signal des Flammwächters 8 über eine ausgebildete Flamme an das Steuergerät 16 gelangen, so wird unverzüglich ein Zweitstart angeschlossen. Die Glüheinrichtung 6 bleibt dabei zwischen den Punkten t₅ und t₉, wie gestrichelt angedeutet, kontinuierlich im Betrieb. Die Brennstoff-Förderung wird zwischen den Zeitpunkten t₈ und t₉ kurzzeitig auf Null heruntergefahren, wohingegen das Brennluftgebläse 9 zum Freiblasen des Brenners 2 von unverbrannten Brennstoffbestandteilen im gleichen Zeitraum mit voller Drehzahl betrieben wird. Im Zeitpunkt t₉ wird die Brennstoff-Förderung wieder auf eine Leistung von etwa 50% gesteigert. Gleichzeitig wird die Förderung von Brennluft auf etwa 25% der maximalen Menge zurückgefahren.

Der Zeitpunkt t₉ entspricht insofern dem Zeitpunkt t₂ beim Erststart, und der Ablauf der beteiligten Aggregate ist im folgenden zwischen den Zeitpunkten t₁₀ und t₁₅ prinzipiell der gleiche wie beim Erststart zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₈.

Dadurch, daß das vom Elektromotor 10 angetriebene Brennluftgebläse 9 am Beginn der Startphase mit nur etwa 25% seiner maximalen Drehzahl betrieben wird, läuft das Heizluftgebläse 13 ebenfalls nur mit 25% seiner maximalen Drehzahl. Dabei wird vermieden, daß beim Start des Heizgerätes 1 in starkem Maße Kaltluft in den nicht dargestellten Innenraum eines Fahrzeuges gefördert wird, die für die dort befindlichen Passagiere unerwünscht ist.

Claims (11)

1. Verfahren zum Starten eines brennerbetriebenen Heizgerätes, dessen Brenner (2) mittels eines Brennluftgebläses (9) Brennluft und mittels einer Brennstoff- Fördereinrichtung (5) Brennstoff zur Bildung eines brennbaren Gemisches zugeführt werden und der eine Glüheinrichtung (6) zur Brennstoffverdampfung während einer Startphase des Brenners (2) und einen Flammwächter (8) aufweist, der bei Erkennen einer Flammbildung ein Signal an ein zu geordnetes Steuergerät (16) abgibt, welches die Drehzahl des Brennluftgebläses (9) und die Brennstoff- Fördereinrichtung (5) sowie den Betrieb der Glüheinrichtung (6) steuert, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (16) während des Zündzeitraumes in der Startphase des Brenners (2) die Drehzahl des Brennluftgebläses (9) bei konstanter Brennstoff-Förderung anhebt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anhebung der Drehzahl kontinuierlich erfolgt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Brennluftgebläses (9) nach Ansprechen des Flammwächters (8) weiter angehoben wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff-Fördereinrichtung (5) zu Beginn der Startphase für eine kurze Vorförderphase mit hoher Drehzahl bzw. Frequenz und während des übrigen Teils der Startphase mit einer niedrigeren Drehzahl bzw. Frequenz betrieben wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff-Förderung nach Ansprechen des Flammwächters (8) erhöht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung der Brennstoff-Förderung allmählich erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung der Brennstoff-Förderung während der weiteren Erhöhung der Drehzahl des Brennluftgebläses (9) nach Ansprechen des Flammwächters (8) erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Glüheinrichtung (6) vom Beginn der Startphase bis mindestens zum Erreichen der vollen Brennstoff-Förderung und der vollen Drehzahl des Brennluftgebläses (9) in Betrieb bleibt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Glüheinrichtung (6) beim Nichtansprechen des Flammwächters (8) nach einem ersten festgelegten Zeitintervall (T₁) für einen unmittelbar anschließenden zweiten Startversuch kontinuierlich in Betrieb bleibt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß beim zweiten Startversuch die Brennstoff-Förderung ohne Vorförderphase auf niedrigem Niveau beginnt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung des Heizgeräts als Luftheizgerät das Brennluftgebläse (9) und ein Heizluftgebläse (13) zur Förderung von Heizluft über einen vom Abgas des Brenners (2) erhitzten Wärmetauscher (11) von einem gemeinsamen Elektromotor (10) angetrieben werden.