DE4433210C2 - Fahrzeugzusatzheizgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugzusatzheizgerät mit einem Brennstoff und Brennluft in einer Brennkammer verbrennenden Brenner, mit einem die Brennkammer umgebenden Wärmetauscher und mit einem zugleich als Flammwächter und als Überhitzungsschutzsensor fungierenden einzigen Temperatursensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Fahrzeugzusatzheizgerät ist aus der DE 38 07 388 A1 bekannt. Bei diesem ist ein Temperatursensor unmittelbar in der Brennkammer angeordnet und somit direkt der Flamme und den Rauchgasen ausgesetzt. Es hat sich gezeigt, daß derartige Sensoren aufgrund der großen sprunghaft auftretenden Temperaturunterschiede sowie aufgrund von im Laufe der Zeit sich bildenden Ablagerungen eine sehr kurze Lebensdauer und eine mangelnde Zuverlässigkeit aufweisen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeugzusatzheizgerät mit einer kostengünstigen und zuverlässigen Temperaturüberwachung auszustatten.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Temperatursensor außen an einer die Brennkammer begrenzenden Wand des Wärmetauschers angeordnet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Dadurch, daß der einzige Temperatursensor außen an einer die Brennkammer begrenzenden Wand des Wärmetauschers angeordnet ist, liegt er in einem Bereich, der dem unmittelbaren Zugriff der Flammen entzogen ist. Die Wand vergleichmäßigt die beim Start oder beim Abschalten in der Brennkammer auftretenden Temperatursprünge und schützt dadurch den Temperatursensor vor zu krassen Temperatursprüngen, die die Lebensdauer des Bauteils beeinträchtigen würden.

Temperaturüberwachungselemente, die als Schmelzsicherung oder Überhitzungsschalter ausgebildet sind, und sich in Anlage an einer die Brennkammer begrenzenden Wand des Wärmetauschers befinden, sind an sich - das heißt ohne eine Ausbildung als temperaturabhängig veränderbare, in mehreren Temperaturbereichen wirksame Widerstände - beispielsweise aus der DE 39 42 732 A1 bekannt.

Insbesondere bei einem mit Luft als Wärmeträger betriebenen Fahrzeugzusatzheizgerätes ist es vorteilhaft, wenn der Temperatursensor im Boden des Wärmetauschers angeordnet ist, der gegenüber dem Brenner stirnseitig die Brennkammer begrenzt. Dieser Bereich wird von der im Brenner gebildeten Flamme am stärksten erwärmt und gleichzeitig durch die außen vorbeistreichende bereits erhitzte Luft am wenigsten gekühlt. Er stellt somit das temperaturkritische Bauteil eines solchen Fahrzeugzusatzheizgerätes dar, an dem ein eine Überhitzung signalisierendes Bauteil am günstigsten angeordnet wird. Durch das unmittelbare Auftreffen der Flammenspitze in diesem Bereich ist auch ein sehr schnelles Erkennen einer Flammbildung infolge eines raschen Temperaturanstieges gewährleistet.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung weist der Wärmetauscher eine zur Brennkammer hin vorspringende Anformung auf, in deren Inneren der Temperatursensor angeordnet ist. Durch eine solche Anformung liegt der Temperatursensor vor einer unmittelbaren Beaufschlagung durch die Flamme oder die heißen Rauchgase geschützt hinter einer Wand des Wärmetauschers. Dadurch werden zu plötzliche Temperatursprünge am Temperatursensor in Folge der wärmeausgleichenden Wirkung der vor ihm liegenden Wandung vermieden, wodurch insgesamt die Lebensdauer des Temperatursensors deutlich erhöht wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen unterem Temperaturschwellwert und oberem Temperaturschwellwert wenigstens ein weiterer Temperaturschwellwert vorgesehen, bei dem das Steuergerät das Fahrzeugzusatzheizgerät in einen Teillastbetrieb oder in eine Regelpause schaltet. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, daß der Temperatursensor zwischen unterem Temperaturschwellwert und oberem Temperaturschwellwert kontinuierlich ein Signal an das Steuergerät für eine stufenlose Heizleistungsregelung abgibt. Durch mehrere zwischen dem unteren Temperaturschwellwert und dem oberen Temperaturschwellwert liegende Zwischenwerte kann der für eine Flammerkennung und einem Überhitzungsschutz verwendete Temperatursensor zusätzlich in idealer Weise ohne vermehrten Aufwand für eine Heizleistungsregelung verwendet werden. Eine kontinuierliche Heizleistungsregelung ist an sich aus der DE 36 39 172 A1 bekannt.

Nachfolgend sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch ein mit Luft als Wärmeträger betriebenes Fahrzeugzusatzheizgerät,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein mit Wasser als Wärmeträger betriebenes Fahrzeugzusatzheizgerät, und

Fig. 3 ein Diagramm, bei dem verschiedene Temperaturschwellwerte über einer Zeitachse aufgetragen sind.

In Fig. 1 ist mit 1 insgesamt ein mit Luft als Wärmeträger betriebenes Fahrzeugzusatzheizgerät ausschnittsweise dargestellt. Die Fördereinrichtungen für Brennluft und Heizluft wurden, da sie für die vorliegende Erfindung unwesentlich sind, weggelassen. In einem Brenner 2 wird in bekannter Weise Brennstoff, der einem saugfähigen Körper 3 über eine Brennstoffleitung 4 zugeführt wird, mit von einem nicht dargestellten Brennluftgebläse geförderter Brennluft gemischt und mittels einer Zündeinrichtung 5 entzündet. Die sich dabei bildende Flamme erstreckt sich in einer Brennkammer 6, welche von einem Wärmetauscher 7 umgeben wird. Der Wärmetauscher 7 weist gegenüber dem Brenner 2 einen die Brennkammer 6 stirnseitig begrenzenden Boden 8 auf. Dieser Boden dient zur Umlenkung der heißen Brenngase nach außen, wo sie anschließend über nach innen gerichtete Rippen 9 des Wärmetauschers 7 Wärme abgeben und auf einen außen an die Wandung des Wärmetauschers 7 anschließenden Heizluftkanal 10 übertragen, der ebenfalls vorzugsweise mit Rippen versehen ist und durch welchen Heizluft im Gegenstrom zu den in der Zeichnung nach links strömenden Brenngasen zu einem Heizluftauslaß 11 gefördert wird. Die Brenngase verlassen nach Passieren des Wärmetauschers 7 das Fahrzeugzusatzheizgerät 1 über einen Abgasstutzen 12 an der Unterseite.

Der Boden 8 des Wärmetauschers 7 weist eine nach innen gerichtete Anformung 13 auf, die bei der üblichen Herstellung des Wärmetauschers 7 als Gußkörper gleich mit an diesen angegossen wird. Die Anformung 13 weist im Inneren einen Hohlraum auf, der von der Außenseite, d. h. vom Heizluftauslaß 11 her zugänglich ist, und in den ein Temperatursensor 14 eingebracht ist, der gemäß der vorliegenden Erfindung alle bei einem herkömmlichen Heizgerät als getrennte Bauteile ausgebildeten Temperatur- bzw. Flammsensoren in einem einzigen Bauteil vereinigt. Der Temperatursensor 14 weist einen in Abhängigkeit von der Temperatur veränderlichen elektrischen Widerstand, beispielsweise mit PTC-Charakteristik, auf, der über Leitungen 15, 16 mit einem Steuergerät 17 verbunden ist, das in bekannter Weise alle Betriebsabläufe des Fahrzeugzusatzheizgerätes 1 steuert. Ein Außengehäuse 18 begrenzt schließlich den Heizluftkanal 10 von außen.

Bei einer alternativen Ausgestaltung gemäß Fig. 2 ist ein mit Wasser als Wärmeträger operierendes Fahrzeugzusatzheizgerät 1' dargestellt. Bei diesem sind alle zur Fig. 1 analogen Bauteile mit der gleichen Bezugszahl ergänzt durch ein Hochkomma bezeichnet. Zwischen dem Wärmetauscher 7' und dem Außengehäuse 18' ist bei diesem Gerät ein Wassermantel 21' gebildet, in den Wasser als Wärmeträger über einen Wassereintrittsstutzen 22 hineingeführt und über einen in der Zeichnung verdeckt liegenden und daher nicht dargestellten Wasseraustrittsstutzen wieder herausgeführt wird. Der Wärmetauscher 7' weist bei diesem Gerät an seiner Außenseite nahe dem Boden 8' eine Anformung 20 auf, in die ein wärmeleitender Körper 19 eingebettet ist. Dieser wärmeleitende Körper 19 liegt zum anderen mit der Wand des Außengehäuses 18' in wärmeleitender Verbindung, sodaß ein an der Außenseite des Gehäuses 18' angeordneter Temperatursensor 14' mit relativ geringen Wärmeleitungsverlusten die an der Innenseite des Wärmetauschers 7 anstehende Temperatur mißt. Die Leitungen 15' bzw. 16' sind auch bei der Alternative gemäß Fig. 2 mit einem Steuergerät verbunden, welches hier nicht dargestellt ist.

In Verbindung mit dem Diagramm gemäß Fig. 3 soll nun beschrieben werden, wie der Temperatursensor 14 bzw. 14' über verschiedene Schaltschwellen in Verbindung mit dem Steuergerät 17 den Betriebsablauf eines Fahrzeugzusatzheizgerätes 1 bzw. 1' steuert. In dem auf der Abzisse aufgetragenen Zeitintervall 0-1 wird das Fahrzeugzusatzheizgerät 1 bzw. 1' durch Fördern von Brennstoff und Brennluft bei gleichzeitigem Betrieb der Zündeinrichtung 5 bzw. 5' gestartet. Erfolgt dabei planmäßig eine Flammbildung, so steigt die Temperatur im Intervall t_1-2 rasch bis auf einen unteren Temperaturschwellwert T_U an, bei welchem der Temperatursensor 14 bzw. 14' dem Steuergerät 17 eine erfolgreiche Flammbildung signalisiert, wobei dieses das Startablaufprogramm, wie beispielsweise den Betrieb der Zündeinrichtung 5 bzw. 5' beendet. Je nach Wärmebedarf im Fahrzeug stellt sich im Intervall t_2-3 ein mehr oder weniger rascher Anstieg der vom Temperatursensor 14 bzw. 14' gemessenen Temperatur ein. Bei Erreichen einer Teillast-Schaltschwelle T_TL im Zeitpunkt t₃ wird das Fahrzeugzusatzheizgerät 1 bzw. 1' in eine Teillaststufe, d. h. in einen Betrieb mit verminderter Brennstoff- und Brennluftförderung geschaltet. Je nach den äußeren Verhältnissen, d. h. nach der Wärmeabnahme, erfolgt nun entweder - wie in durchgezogener Linie dargestellt - im Intervall t_3-5 auch in der Teillaststufe ein weiterer Anstieg der Temperatur am Temperatursensor 14 bzw. 14', wobei dann bei Erreichen der Schaltschwelle T_RP das Fahrzeugzusatzheizgerät 1, 1' in eine Regelpause geschaltet wird. In dieser Regelpause sinkt die Temperatur am Temperatursensor 14, 14' im Intervall t_5-7 bis auf eine untere Schaltschwelle T_S ab, bei der dann ein erneuter Start des Fahrzeugzusatzheizgerätes erfolgt. Diese durchgezogene Linie zwischen den Punkten t₃ bis t₇ entspricht einem Betrieb mit einer Wärmeabnahme durch den Fahrzeugmotor oder den Fahrzeuginnenraum, die so gering ist, daß sie die Leistung des Fahrzeugzusatzheizgeräts 1, 1' im Teillast-Bereich unterschreitet.

Ausgehend vom Punkt t₃ wird in gestrichelten Linien ein Betriebverlauf dargestellt, der einer großen Wärmeabnahme, d. h. bei einer Teillaststufe, die etwa 50% der Vollaststufe beträgt, einer Wärmeabnahme von mehr als 50% entspricht. Hierbei sinkt nach Umschaltung in den Teillastbetrieb im Zeitpunkt t₃ die Temperatur am Temperatursensor 14 ab, da das Fahrzeugzusatzheizgerät im Teillastbereich nicht die abgenommene Wärmemenge bereitstellen kann. Bei Erreichen der Schaltschwelle T_S im Zeitpunkt t₄ wird daher das Fahrzeugzusatzheizgerät 1 bzw. 1' wieder in den Vollastbetrieb umgeschaltet, bis es im Zeitpunkt t₆ erneut die Schaltschwelle T_TL erreicht. Dieser Rythmus setzt sich bei unveränderter Wärmeabnahme, wie in der gestrichelten Linie über die Zeitpunkte t₈ und t₉ dargestellt, fort.

Sollte durch irgendeine Betriebsstörung eine Temperatur auftreten, die oberhalb der Schaltschwelle T_RP liegt, so ist mit dem oberen Temperaturschwellwert T_O eine letzte Sicherheit eingebaut, die, wie durch den Verlauf der strichpunktierten Linie dargestellt, im Zeitpunkt t₁₀ zu einem völligen Abschalten des Fahrzeugzusatzheizgerätes führt. Eine solche Betriebsstörung kann beispielsweise bei dem in Fig. 1 dargestellten, mit Luft als Wärmeträger betriebenen Fahrzeugzusatzheizgerät 1 durch ein Verschließen der Heizluftführung oder durch ein Blockieren des Heizluftgebläses entstehen, das zu einer Überhitzung des Wärmetauschers 7 infolge der nicht mehr abgeführten Wärme führen kann.

Für die in Fig. 2 dargestellte Variante mit Wasser als Wärmeträger kann sich ein solcher Fall analog durch ein ungenügendes Befüllen des Kühlkreislaufes mit Kühlmitter oder durch einen Ausfall der Umwälzpumpe für den Wärmeträger ergeben.

Durch die erfindungsgemäße Auslegung eines Fahrzeugzusatzheizgerätes lassen sich in baulich und schaltungstechnisch einfacher Weise durch ein einziges integriertes Bauteil die Funktionen eines Flammwächters, eines Überhitzungsschutzsensors sowie optional eines weiteren, verschiedene Betriebsbereiche steuernden Temperatursensors, zusammenfassen. Dadurch ergibt sich ein wesentlich vereinfachter und kostengünstigerer Aufbau eines solchen Fahrzeugzusatzheizgerätes.

Claims (5)

1. Fahrzeugzusatzheizgerät (1, 1') mit einem Brennstoff und Brennluft in einer Brennkammer (6, 6') verbrennenden Brenner (2, 2'), mit einem die Brennkammer (6, 6') umgebenden Wärmetauscher (7, 7'), mit einem zugleich als Flammwächter und als Überhitzungsschutzsensor fungierenden einzigen Temperatursensor (14, 14') der einen in Abhängigkeit von der Temperatur veränderlichen, mit einem Steuergerät (17) verbundenen Widerstand aufweist, der über wenigstens einen unteren Temperaturschwellwert (T_U) das Bestehen einer Flamme in der Brennkammer und der über wenigstens einen oberen Temperaturschwellwert (T_O) einen drohenden Überhitzungszustand signalisiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (14, 14') außen an einer die Brennkammer (6, 6') begrenzenden Wand des Wärmetauschers (7, 7') angeordnet ist.

2. Fahrzeugzusatzheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (14, 14') am Boden (8) des Wärmetauschers (7) angeordnet ist, der gegenüber dem Brenner (2) stirnseitig die Brennkammer (6) begrenzt.

3. Fahrzeugzusatzheizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (7) eine zur Brennkammer hin vorspringende Anformung (13) aufweist, in deren Innerem der Temperatursensor (14, 14') angeordnet ist.

4. Fahrzeugzusatzheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen unterem Temperaturschwellwert (T_U) und oberem Temperaturschwellwert (T_O) wenigstens ein weiterer Temperaturschwellwert (T_TL, T_RP) vorgesehen ist, bei dem das Steuergerät (17) das Fahrzeugzusatzheizgerät (1, 1') in einen Teillastbetrieb (T_L) oder in eine Regelpause (RP) schaltet.

5. Fahrzeugzusatzheizgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen unterem Temperaturschwellwert (T_U) und oberem Temperaturschwellwert (T_O) der Temperatursensor (14, 14') kontinuierlich ein Signal an das Steuergerät (17) für eine stufenlose Heizleistungsregelung abgibt.