DE4405315C1

DE4405315C1 - Verfahren zum Erkennen einer Flamme beim Starten eines Fahrzeug-Zusatzheizgerätes

Info

Publication number: DE4405315C1
Application number: DE4405315A
Authority: DE
Inventors: Georg Baechle; Peter Glaser; Georg Habbel; Petr Pavlik; Josef Riedmaier; Hermann Schoenberger
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH
Current assignee: Webasto Thermosysteme GmbH
Priority date: 1994-02-19
Filing date: 1994-02-19
Publication date: 1995-07-27
Anticipated expiration: 2014-02-20
Also published as: SE509220C2; JPH07315038A; SE9500366L; KR950031579A; SE9500366D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Flamme beim Starten eines Fahrzeug-Zusatzheizgerätes mit einem Verdampfungsbrenner, der mit einem durch flüssigen Brennstoff gespeisten saugfähigen Körper, mit einer Zündeinrichtung zum Entzünden des Brennstoffs sowie mit einer in die Zündeinrichtung integrierten Flammerkennungseinrichtung ausgestattet ist, deren elektrische Widerstandsänderungen als Flammerkennungssignal an eine Auswerteeinrichtung weitergeleitet werden. Ein Fahrzeug-Zusatzheizgerät, bei dem ein gattungsgemäßes Verfahren praktiziert wird, ist aus der DE 40 15 097 A1 bekannt. Dabei wird als Zündeinrichtung ein Glühelement mit PTC- Verhalten eingesetzt, welches in kurzen Intervallen getaktet mittels einer Glühspannung beaufschlagt wird. In den ebenso kurzen Taktpausen wird eine Meßspannung an das PTC- Element angelegt, um durch dabei gemessene temperaturbedingte Widerstandsänderungen auf eine Flammbildung in einer Brennkammer des Heizgerätes zu schließen. Da die erforderliche Glühtemperatur etwa 1100°C beträgt und die Temperaturänderungen bei Flammbildung oder Ausbleiben einer Flammbildung nur sehr langsam zu einer Widerstandsänderung des PTC-Elementes führen, hat sich dieses Verfahren in der Praxis als nicht sehr zuverlässig herausgestellt.

Aus DE 86 19 295 U1 ist ferner ein Verfahren für eine Flammüberwachung bekannt, bei dem in Glühpausen einer Glühkerze eine mit dieser verbundene Ionisationselektrode für eine Flammüberwachung mittels eines elektrischen Umschalters aktivierbar ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein derartiges Verfahren so weiterzubilden, daß mittels einer kombinierten Zünd- und Flammerkennungseinrichtung ein zuverlässiges Startverhalten und eine einfache zuverlässige Flammerkennung ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Verfahrensschritte gelöst. Erfindungsgemäß wird zunächst an die Zündeinrichtung eine Glühspannung U_G für eine Zeitspanne T₃ angelegt, die ein erstes Zeitintervall T₁ und ein zweites Zeitintervall T₂ umfaßt, wobei T₁ die übliche Zeit vom Start des Heizgerätes bis zur Bildung der Flamme umfaßt und T₂ eine Zuschlagszeit bildet. Das erste Zeitintervall T₁ kann dabei beispielsweise bei einem neuen Heizgerätetyp durch einen Feldversuch als statistischer Mittelwert empirisch ermittelt werden. Die Zuschlagszeit T₂ ist eine dazu gerechnete Sicherheitszeit, innerhalb derer auch das letzte intakte Heizgerät aus dem Feldversuch gestartet ist. Nach diesem ersten Verfahrensschritt wird die Glühspannung U_G nach der Zeitspanne T₃ abgeschaltet. Daran schließt sich eine spannungsfreie Wartezeit T₄ nach dem Abschalten der Glühspannung U_G an, wobei diese Wartezeit T₄ wenigstens 3 Sekunden beträgt. Nach dieser Wartezeit T₄ wird schließlich eine Meßspannung U_M bzw. alternativ dazu ein konstanter Meßstrom I_M zur Ermittlung des Widerstandes R_M der Flammerkennungseinrichtung angelegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren macht vom Kerngedanken Gebrauch, eine Glühspannung U_G zunächst für eine hinreichend lange Zeitdauer anzulegen, während derer jedes intakte Heizgerät startet. An diese schließt sich eine bewußt groß gehaltene Wartezeit an, um der entstandenen Flamme auch dann, wenn diese erst zum Ende der Zeit T₃ entstanden ist, die Möglichkeit zu einer signifikanten Temperaturveränderung und somit zu einer Widerstandsveränderung in der Flammerkennungseinrichtung zu geben. Mittels der Erfindung wird mit einem geringen steuerungstechnischen Aufwand eine Verwendung einer zuverlässig funktionierenden integrierten Flammerkennungseinrichtung in einer Zündeinrichtung ermöglicht, wodurch sich die Kosten des gesamten Fahrzeug- Zusatzheizgerätes gegenüber einer herkömmlichen Ausführungsform mit einer Zündeinrichtung und einer separaten Flammerkennungseinrichtung erheblich reduzieren. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Zuschlagszeit T₂ beträgt vorteilhaft zwischen etwa 10 und 200% des ersten Zeitintervalles T₁.

Die Wartezeit T₄ beträgt vorteilhafterweise zwischen 5 Sekunden und 20 Sekunden.

Eine weitere Erhöhung der Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich in Kombination mit einem reduzierten Energieaufwand für das Bereitstellen der Glühtemperatur und mit einer verlängerten Lebensdauer der kombinierten Glüh- und Flammerkennungseinrichtung dadurch, daß durch die Beeinflussung der Glühspannung U_G während der Zeitspanne T₃ die Glühtemperatur auf einen konstanten Temperaturwert geregelt wird.

Insbesondere für eine Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren hat sich als Zündeinrichtung ein Keramikglühstift mit PTC-Verhalten als vorteilhaft erwiesen.

Für die laufende Kontrolle der einmal gebildeten Flamme ergeben sich zwei Möglichkeiten. Zum einen kann die Meßspannung U_M (bzw. alternativ ein Meßstrom I_G) nach Ablauf der Wartezeit T₄ bis zur Abschaltung des Heizgerätes kontinuierlich angelegt bleiben, zum anderen ist als Variante denkbar, daß die Meßspannung U_M oder der Meßstrom I_M nach Ablauf der Wartezeit T₄ bis zur Abschaltung des Heizgerätes in regelmäßigen Meßintervallen T₅ angelegt wird, die durch Meßpausen T₆ unterbrochen sind.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 den Kopfteil eines Verdampfungsbrenners mit einer Glüh- und Flammerkennungs einrichtung sowie schematisch angedeuteten Schaltmitteln und

Fig. 2 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Spannungsverläufe über der Zeit an der integrierten Zünd- und Flammerkennungseinrichtung.

In Fig. 1 ist als Ausschnitt aus einem Längsschnitt durch ein Fahrzeug-Zusatzheizgerät der Kopfteil eines insgesamt mit 1 bezeichneten Verdampfungsbrenners dargestellt. Der Verdampfungsbrenner 1 weist einen saugfähigen Körper 2 auf, welcher an einer Stirnseite eine in einem Brennrohr 3 vorgesehene Brennkammer 4 begrenzt. Der saugfähige Körper 2 ist mit seiner Rückseite an eine Brennstoffleitung 5 angeschlossen. Durch die Brennstoff leitung 5 wird dem saugfähigen Körper 2 mittels einer nicht dargestellten Pumpe flüssiger Brennstoff zugeführt, welcher auf der Brennkammerseite des saugfähigen Körpers verdampft und mittels einer insgesamt mit 6 bezeichneten Zündeinrichtung gezündet wird. Die für eine Zufuhr von Brennluft zur Brennkammer 4 erforderlichen Aggregate sind in der Darstellung der Fig. 1 weggelassen, da sie für die vorliegende Erfindung ohne Belang sind.

Die Zündeinrichtung 6 wird von einem Keramikglühstift 7 gebildet, welcher sich in seinem in die Brennkammer 4 hineinragenden Teil aus einer Glühwendel 8 im Inneren und einer diese umgebenden Keramikmasse 9 zusammensetzt. Der Keramikglühstift 7 weist eine positive Temperaturcharakteristik (PTC-Verhalten) auf, d. h., bei einer Erhöhung der Temperatur in der Brennkammer steigt sein elektrischer Widerstand an. Die Zündeinrichtung 6 wird während des Zündvorganges mit einer Glühspannung U_G beaufschlagt, welche von einer Spannungsquelle über einen von einem Glühspannungs relais 10 betätigten Schalter der Zündeinrichtung zugeleitet wird. Die Betätigung des Glühspannungsrelais 10 erfolgt durch ein gleichzeitig als Auswerteeinrichtung für den Widerstand des Keramikglühstiftes verwendetes Steuergerät 11.

In Fig. 2 ist auf der Abzisse der mit "T" bezeichnete Zeitablauf ab dem Zeitpunkt Null beim Start des Heizgerätes aufgetragen. Als Ordinatenwerte sind zum einen die Glühspannung U_G und zum anderen die Meßspannung U_M aufgetragen. Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, wird nach dem Start des Heizgerätes zunächst für ein Zeitintervall T₃ eine Glühspannung U_G an die Zündeinrichtung 6 angelegt. Dazu schließt das Steuergerät 11 über die in Fig. 1 dargestellte Signalleitung und das Glühspannungs relais 10 den diesem zugeordneten Schalter 10A. Das Zeitintervall T₃ setzt sich aus einem ersten Zeitintervall T₁ zusammen, welches empirisch in der Weise ermittelt wird, daß in einem Feldversuch für eine bestimmte Menge von Heizgeräten ein statistischer Mittelwert unter Berücksichtigung einer gewissen Schwankungsbreite festgestellt wird. An dieses erste Zeitintervall schließt sich als Zuschlagszeit ein zweites Zeitintervall T₂ an. Dieses zweite Zeitintervall T₂ hat, bezogen auf das erste Zeitintervall T₁ einen Wert von etwa 10-200%, vorteilhafterweise von etwa 150%. Am Ende des Zeitintervalles T₃ wird die Glühspannung U_G auf Null heruntergefahren. Dazu öffnet das Glühspannungsrelais 10 aufgrund eines vom Steuergerät 11 ausgesandten Steuerimpulses den ihm zugeordneten Schalter 10A in Fig. 1.

Das Zeitintervall T₃ ist durch die Zuschlagszeit T₂ insgesamt so bemessen, daß innerhalb dieser Zeit jedes Heizgerät startet, außer es liegt eine Störung vor.

An das Ende des Zeitintervalles T₃ schließt sich eine Wartezeit T₄ an, während der keine Spannung an der Zündeinrichtung 6 anliegt. Da sich bis spätestens zum Ende des Intervalles T₃ die Flamme gebildet hat, bleibt dieser während der Wartezeit T₄ ausreichend Gelegenheit, die Temperatur des Keramikglühstiftes 7 und dadurch den Widerstand R_M gegenüber der Glühphase zu beeinflussen. Nach Ablauf der Wartezeit T₄ wird von einer Konstantspannungsquelle eine Meßspannung U_M an die Zündeinrichtung 6 angelegt. Dazu schließt das in Fig. 1 mit 12 bezeichnete Meßspannungsschaltrelais durch einen Schaltimpuls des Steuergerätes 11 den ihm zugeordneten Schalter 12A. Der durch die Temperatur in der Brennkammer 4 beeinflußte Widerstand des Keramikglühstiftes 7 bewirkt über dessen veränderten elektrischen Widerstand R_M eine Spannungsänderung, an der das Steuergerät 11 als Auswerteeinrichtung das Vorhandensein bzw. Nichtvorhandensein einer Flamme im Brennraum 4 eindeutig erkennen kann. Das Anlegen der Meßspannung U_M kann dabei, wie in Fig. 2 strichpunktiert dargestellt, nach Beendigung des Intervalles T₄ zur kontinuierlichen Flammüberwachung kontinuierlich erfolgen oder das Steuergerät 11 bewirkt durch taktweises Schalten des Meßspannungsschaltrelais 12 ein regelmäßiges Erzeugen von Meßintervallen T₅, die durch Meßpausen T₆ unterbrochen sind.

Mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens ist ein zuverlässiges Erkennen einer Flammbildung und eine zuverlässige Überwachung einer Flamme in einem Fahrzeug zusatzheizgerät mittels einer integrierten Zünd- und Flammerkennungseinrichtung gewährleistet.

Bezugszeichenliste

1 Verdampfungsbrenner
2 saugfähiger Körper
3 Brennrohr
4 Brennkammer
5 Brennstoffleitung
6 Zündeinrichtung
7 Keramikglühstift
8 Glühwendel
9 Keramikmasse
10 Glühspannungsschaltrelais
10A Schalter
11 Steuergerät
12 Meßspannungsschaltrelais
12A Schalter
U_G Glühspannung
U_M Meßspannung
I_M Meßstrom
T₁ erstes Zeitintervall (= übliche Startzeit)
T₂ Zuschlagszeit
T₃ = T₁ + T₂
T₄ Wartezeit
T₅ Meßintervall
T₆ Meßpause

Claims

1. Verfahren zum Erkennen einer Flamme beim Starten eines Fahrzeug-Zusatzheiz gerätes mit einem Verdampfungsbrenner, der mit einem durch flüssigen Brennstoff gespeisten saugfähigen Körper, mit einer Zündeinrichtung zum Entzünden des Brennstoffes sowie mit einer in die Zündeinrichtung integrierten, in Glühpausen derselben betreibbaren Flammerkennungseinrichtung ausgestattet ist, deren elektrische Widerstandsänderungen als Flammerkennungssignal an eine Auswerteeinrichtung weitergeleitet werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte

a) Anlegen einer Glühspannung U_G an die Zündeinrichtung für eine Zeitspanne T₃, die ein erstes Zeitintervall T₁ und ein zweites Zeitintervall T₂ umfaßt, wobei T₁ die übliche Zeit vom Start des Heizgerätes bis zum Zünden der Flamme umfaßt und T₂ eine Zuschlagszeit bildet,
b) Abschalten der Glühspannung U_G nach der Zeitspanne T₃,
c) Anschließen einer spannungsfreien Wartezeit T₄ nach dem Abschalten der Glühspannung U_G, wobei T₄ ≧ 3 s,
d) Anlegen einer Meßspannung U_M (bzw. eines Meßstromes I_M) zur Ermittlung des Widerstandes R_M der Flammerkennungseinrichtung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschlagszeit T₂ zwischen 10% und 200% des ersten Zeitintervalles T₁ beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wartezeit T₄ zwischen 5 s und 20 s beträgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Beeinflussung der Glühspannung U_G während der Zeitspanne T₃ die Glühtemperatur auf einen konstanten Temperaturwert geregelt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zündeinrichtung ein Keramikglühstift mit PTC-Verhalten verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspannung U_M nach Ablauf der Wartezeit T₄ bis zur Abschaltung des Heizgerätes kontinuierlich angelegt bleibt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspannung U_M bis zur Abschaltung des Heizgerätes in regelmäßigen Meßintervallen T₅ angelegt wird, die durch Meßpausen T₆ unterbrochen sind.