DE4446829A1 - Fahrzeugheizgerät mit Überhitzungs-Überwachungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugheizgerät, mit einem Verbrennungs­ luftgebläse und einer Brennstoffdosiereinrichtung, die Verbrennungsluft und Brennstoff einem Brenner zuführen, welcher in einem Flammrohr eine Flamme erzeugt, einem Wärmetauscher, der über einen Gasmantel von dem das Flammrohr aufnehmenden Raum getrennt ist, und durch den ein Wärmeträger, z. B. Wasser, gepumpt wird, einem Wärmeträger- Temperaturfühler, der die Wärmeträgertemperatur mißt, einem Steuergerät, welches den Betrieb des Fahrzeugheizgeräts in Abhängigkeit zumindest von der gemessenen Wärmeträgertemperatur regelt, und einer Überhitzungs-Überwachungseinrichtung, die auf eine drohende Überhitzung am Wärmetauscher anspricht, um den Betrieb des Geräts durch Sperren der Brennstoffzufuhr stillzusetzen oder andere Gegenmaßnahmen einzuleiten.

Derartige Fahrzeugheizgeräte, häufig auch als Standheizung oder Zusatz­ heizung bezeichnet, finden in Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Omnibusen, Motoryachten, Kleinflugzeugen, Wohnwagen, Baumaschi­ nen und dergleichen Anwendung. Als Brennstoff dient Benzin oder Diesel, welches dem Kraftstoffvorrat des Fahrzeugs oder einem Zusatz­ tank entnommen wird. Als Wärmeträger dient üblicherweise Wasser, welches von einer Wasserpumpe durch den Wärmetauscher und einen Heizkreislauf gepumpt wird, um einem oder mehreren Heizkörpern (Fahrzeug-Wärmetauschern) Wärmeenergie zuzuführen. Man kann auch Luft als Wärmeträger verwenden.

Bei diesen Fahrzeugheizgeräten dient der Wärmeträger-Temperaturfühler als Meßwertaufnehmer zum Ermitteln der Ist-Temperatur des Wärme­ trägers, welche in dem Steuergerät mit einer Solltemperatur verglichen wird, um den Betrieb des Fahrzeugheizgeräts zu regeln. Das üblicher­ weise mit einem Mikroprozessor ausgestattete Steuergerät regelt die Wärmeträgertemperatur auf einen konstanten Wert ein, indem es den Brenner ein- und ausschaltet. Dies geschieht durch Ein- und Ausschalten der üblicherweise als Brennstoffdosierpumpe ausgebildeten Brennstoff­ dosiereinrichtung und des Verbrennungsluftgebläses, und/oder durch eine solche Ansteuerung der Brennstoffdosierpumpe, daß eine bestimmte Brennerleistung erreicht wird.

Aus Sicherheitsgründen besitzen diese Fahrzeugheizgeräte eine Über­ hitzungs-Überwachungseinrichtung, die abhängig von der Temperatur am Wärmetauscher arbeitet.

Aus der DE 30 31 410 ist ein Fahrzeugheizgerät bekannt, bei dem das Steuergerät einen Mikroprozessor enthält, der neben einem Steuerpro­ gramm auch Parameter und Schwellenwerte für die Regelung speichert. Die Überhitzungs-Überwachungseinrichtung ist dort derart ausgebildet, daß der Mikroprozessor ein Signal von einem Überhitzungssensor em­ pfängt, um dieses Signal mit einem Überhitzungs-Schwellenwert zu vergleichen. Wo der Überhitzungs-Sensor angebracht ist und wie er ausgebildet ist, ist in der Druckschrift nicht gesagt.

Früher war es üblich, die Überhitzungs-Überwachungseinrichtung als Schalter oder Schmelzsicherung auszubilden. Die Schmelzsicherung bzw. der Schalter spricht auf eine erhöhte Wärmetauschertemperatur im Be­ reich des hinteren Endes des Flammrohrs an, um gegebenenfalls den Stromkreis für die Brennstoffdosierpumpe zu unterbrechen. Nachteile derartiger Überwachungseinrichtungen sind darin zu sehen, daß die Schmelzsicherung gegebenenfalls ausgetauscht werden bzw. der Schalter zurückgestellt werden muß. Dies ist mühsam. Vermieden werden diese Nachteile durch die oben angegebene Maßnahme, einen Sensor vorzuse­ hen, um dessen Ausgangssignal mit einem Schwellenwert zu verglei­ chen.

Wird ein Fahrzeugheizgerät in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise einem PKW, installiert, so wird das Gerät in den Kühl-/Heiz-Wasser­ kreislauf des Fahrzeugs integriert. Zu dem Fahrzeugheizgerät ist eine Bypass-Leitung gelegt, um bei abgeschaltetem Fahrzeug-Wärmetauscher (Heizkörper), also dann, wenn keine Wärmeabnahme erfolgt, ein Zirku­ lieren des Wärmeträgers in dem Wärmetauscher des Fahrzeugheizgeräts zu gewährleisten. Die Wassereintrittstemperatur entspricht dann nahezu der Wasseraustrittstemperatur am Fahrzeugheizgerät. Wenn der Brenner in Betrieb ist, steigt diese Temperatur relativ schnell an, so daß bei dem kurze Zeit später erfolgenden Überschreiten eines für den Regelbetrieb eingerichteten Schwellenwerts eine Abschaltung des Heizgeräts erfolgt.

Will man - aus Kostengründen - auf die Bypass-Leitung verzichten, so geht, wenn keine Wärmeabfuhr aus dem Wärmeträger-Kreislauf erfolgt, weil z. B. die Fahrzeugheizung abgeschaltet ist, der Wärmeträger­ durchsatz im Heizgerät praktisch auf Null zurück. In dieser Situation steigt die Temperatur in dem im Wärmetauscher des Fahrzeugheizgeräts befindlichen Wärmeträger rasch an, außerdem steigt die Temperatur an dem den Brennerraum im Bereich des Flammrohrs umgebenden Gas­ mantel relativ schnell an.

Dieses extrem schnelle Ansteigen der Temperatur am Gasmantel muß zur Vermeidung einer gefährlichen Überhitzung auf jeden Fall vermie­ den werden. Deshalb ist es notwendig, die Gefahr einer solchen Über­ hitzung möglichst früh zu erkennen, um Gegenmaßnahmen einleiten zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeugheizgerät der oben genannten Art anzugeben, bei dem insbesondere bei geringem Wärmeträgerdurchsatz im Wärmetauscher eine Überhitzung mit Sicher­ heit ausgeschlossen wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung alternativ verschiedene Möglichkeiten vor, wobei einerseits eine "Früherkennung" eines mit hoher Wahrscheinlichkeit zu erwartenden Überhitzungszustands realisiert wird, andererseits durch ein redundantes System die Sicherheit einer rechtzeitigen Abschaltung des Geräts bei Gefahr einer Überhitzung erreicht wird. Gemäß einem speziellen Aspekt der Erfindung wird ein Temperaturfühler geschaffen, der sich für den Einsatz in einem Fahr­ zeugheizgerät der hier in Rede stehenden Art besonders gut eignet.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist die Überhitzungs-Über­ wachungseinrichtung mit einem Überhitzungs-Temperaturfühler ausgestattet, von welchem ein Signal abgeleitet wird, das bei Überschrei­ tung eines Schwellenwerts das Zustandekommen eines Überhitzungszustands bedeutet, zu dessen Verhinderung der Überhitzungs-Tempera­ turfühler in der Nähe des Flammrohrendes in Berührung mit dem Gas­ mantel des Wärmetauschers des Fahrzeugheizgeräts angeordnet ist, wobei das Steuergerät aus dem Ausgangssignal des Überhitzungs-Tempe­ raturfühlers ein Gradientensignal erzeugt, welches mit dem Schwellen­ wert verglichen wird, oder das Steuergerät aus dem Ausgangssignal des Überhitzungs-Temperaturfühlers und dem Ausgangssignal des Wärmeträger-Temperaturfühlers einen Differenzwert bildet, um diesen Differenzwert mit einem Differenz-Schwellenwert zu vergleichen. Diese beiden Maßnahmen, also entweder die Verwendung eines Gradienten- Schwellenwerts oder die Verwendung eines Differenz-Schwellenwerts, können auch kombiniert werden, wobei der Fall einer Überhitzung dann angenommen wird, wenn eine der beiden Schwellenwerte überschritten wird.

Wenn man - wie oben ausgeführt - bei einem Fahrzeugheizgerät auf die früher übliche Bypass-Leitung verzichtet, also die Gefahr besteht, daß der Wärmeträger-Durchsatz bei abgeschaltetem Fahrzeug-Wärmetauscher gegen Null tendiert, so wird von dem erfindungsgemäß angeordneten Überhitzungs-Temperaturfühler an das Steuergerät ein Signal geliefert, aus dem das Steuergerät ein Gradientensignal (zeitliche Ableitung der Temperatur nach der Zeit) bilden kann. Hat dieser Temperaturgradient einen einen Gradienten-Schwellenwert überschreitenden Wert, so signalisiert dies, daß sich die Temperatur am Wärmetauscher so schnell erhöht, daß mit einer alsbaldigen Überhitzung zu rechnen ist. Wird der Gradienten-Schwellenwert überschritten, erfolgt z. B. die Abschaltung des Heizgeräts durch Sperren der Brennstoffzufuhr. Erfindungsgemäß spricht der Überhitzungs-Temperaturfühler also nicht erst auf das Erreichen eines Absolut-Schwellenwerts an, sondern spricht auf die Geschwindigkeit an, mit der sich die Temperatur am Wärmetauscher ändert. Dies entspricht dem Früherkennen einer Temperaturände­ rungstendenz. Eine Überhitzung wird also im Fall eines Wärmeträger- Stillstands im Heizgerät zuverlässig verhindert.

Besonders vorteilhaft ist diese Früherkennung dann, wenn erfindungs­ gemäß der Wärmeträger-Temperaturfühler - wie auch im Stand der Technik an sich bekannt - in der Nähe des Wärmeträgereintritts, d. h. bei einem Gerät mit Wasser als Wärmeträger, wassereintrittsseitig bezüglich des Wärmetauschers des Fahrzeugheizgeräts angeordnet ist. Dadurch, daß der für die Regelung zuständige Wärmeträger-Temperaturfühler wassereintrittsseitig am Wärmetauscher angeordnet ist, ist eine kom­ fortable Regelung der gewünschten, durch das Fahrzeugheizgerät bereit­ gestellten Temperatur möglich. Die wassereintrittsseitige Temperatur im Wärmetauscher ist deutlich besser repräsentativ für die Verhältnisse am fahrzeugsseitigen Wärmetauscher (Heizkörper) als die Temperatur am Wasseraustrittsende des Fahrzeugheizgerät-Wärmetauschers. Die Rege­ lung ist folglich stabiler.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Überhitzungs-Überwa­ chungseinrichtung in der oben beschriebenen Form besteht außerdem die Möglichkeit, daß das Steuergerät die Funktion des Wärmetemperatur- Temperaturfühlers einerseits und die Funktion des Überhitzungs-Tempe­ raturfühlers andererseits überwacht, indem erfindungsgemäß der von dem Wärmeträger-Temperaturfühler gelieferte Temperaturwert mit dem von dem Überhitzungs-Temperaturfühler gelieferten Temperaturwert verglichen wird, um bei Feststellen einer Überschreitung eines vorgege­ benen Differenzbetrags z. B. eine Störabschaltung zu veranlassen. Diese Überprüfung der Funktionstüchtigkeit der beiden Temperaturfühler wird vorzugsweise im Normalbetrieb durchgeführt, d. h. bei zirkulierendem Wärmeträger. In diesem Fall ist die Differenz zwischen dem von dem Überhitzungs-Temperaturfühler gelieferten Temperaturwert und dem von dem Wärmeträger-Temperaturfühler gelieferten Temperaturwert in rela­ tiv engen Grenzen konstant, wobei der von dem Überhitzungs-Tempera­ turfühler gelieferte Wert etwas höher liegt als der andere Wert. Ergibt sich nun eine extrem starke Abweichung zwischen diesen beiden Werten (der vom Überhitzungs-Temperaturfühler gelieferte Wert ist z. B. sehr viel höher oder sehr viel niedriger als der vom Wärmeträger-Tempera­ turfühler gelieferte Wert), so bedeutet dies, daß einer der beiden Tempe­ raturfühler defekt ist, oder daß ein Überhitzungsfall vorliegt oder kurz bevorsteht, z. B. aufgrund fehlenden Wassers oder behinderten Wasserdurchsatzes. Aus Sicherheitsgründen erfolgt dann eine Stör­ abschaltung.

Die Auswertung des von dem Überhitzungs-Temperaturfühler gelieferten Werts erfolgt in dem Steuergerät. Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß zusätzlich oder redundant bezüglich der Auswertung des Überhitzungstemperaturfühler-Ausgangssignals in dem Steuergerät eine direkte Abschaltung des Brenners durch das von dem Überhitzungs-Temperaturfühler kommende Signal erfolgt. Hierzu sieht die Erfindung vor, daß das Steuergerät einen Mikroprozessor ent­ hält, dem die Meßsignale von dem Wärmeträger-Temperaturfühler und dem Überhitzungs-Temperaturfühler zur Auswertung zugeführt werden, und daß parallel zu dem Mikroprozessor ein einen Schwellenwertschalter enthaltender Stromkreis liegt, wobei das Ausgangssignal des Schwellen­ wertschalters die Brennstoffzufuhr zu dem Brenner sperrt oder zur Einleitung anderer Gegenmaßnahmen genutzt wird.

Durch obige Maßnahme wird eine wesentlich erhöhte Zuverlässigkeit gegenüber der bloßen Auswertung des von dem Überhitzungs-Tempera­ turfühler kommenden Signals durch das Steuergerät erreicht. Dadurch, daß der Schwellenwertschalter parallel zu dem die Auswertung des Signals von dem Überhitzungs-Temperaturfühler vornehmenden Mikro­ prozessors geschaltet ist, ist eine erhöhte Sicherheit deshalb gegeben, weil die Abschaltung des Geräts entweder aufgrund der Auswertung der Signale durch den Mikroprozessor oder durch den Schwellenwertschalter stattfindet.

Insbesondere kann der Mikroprozessor einen Überhitzungszustand daran erkennen, ob sich die beiden Temperaturwerte gleichsinnig ändern, ob ein Mindesttemperaturabstand beider Fühler gegeben ist, und ob der Wärmeträger-Temperaturfühler nicht einen höheren Temperaturwert liefert als der Überhitzungs-Temperaturfühler.

Wie oben erläutert, kann man die von dem Wärmeträger- Temperaturfühler und die von dem Überhitzungs-Temperaturfühler gelieferten Meßsignale zu einem Gradientensignal auswerten. Diese Auswertung erfolgt in dem Mikroprozessor. Anstatt nun ein Gradientensignal zu bilden und dieses mit einem Gradienten- Schwellenwert zu vergleichen, kann der Mikroprozessor in einer besonders bevorzugten Ausführungsform aus den beiden Meßsignalen einen Differenzwert bilden, um diesen Differenzwert mit einem Differenz-Schwellenwert zu vergleichen. Hierbei wird die Erkenntnis genutzt, daß die von dem Wärmeträger-Temperaturfühler gemessene Temperatur im Normalbetrieb nicht allzu stark von der Temperatur abweicht, die am Überhitzungs-Temperaturfühler gemessen wird. Insbesondere dann, wenn der Wärmeträger-Temperaturfühler am Wasseraustrittsstutzen angeordnet ist, was unten noch näher erläutert wird, ist der Vergleich der Differenz zwischen den von den beiden Temperaturfühlern gelieferten Meßwerten mit einem Differenz- Schwellenwert besonders effektiv. Weichen die beiden Signale um mehr als den Differenz-Schwellenwert voneinander ab, so bedeutet dies mit einiger Wahrscheinlichkeit, daß eine Überhitzung vorliegt oder kurz bevorsteht.

Wie oben erwähnt, kann durch einen Vergleich der von den beiden Temperaturfühlern gelieferten Meßwerte auch eine Funktionsprüfung der Temperaturfühler vorgenommen werden, wichtiger ist jedoch das Erkennen eines Überhitzungszustands auf Grund einer Überschreitung des Differenz-Schwellenwerts.

In einer speziellen schaltungstechnischen Variante sieht die Erfindung vor, daß für die Brennstoffdosiereinrichtung eine Treiberschaltung vor­ gesehen ist, der von dem Steuergerät Treiberimpulse für den getakteten Betrieb der Brennstoffdosiereinrichtung zugeführt werden, und daß der Ausgang des Schwellenwertschalters mit einem Eingang eines logischen Verknüpfungsglieds verbunden ist, dessen anderem Eingang die Treiber­ impulse zugeführt werden. Sobald der Schwellenwertschalter auf ein einen bestimmten Wert übersteigendes Temperatursignal von dem Über­ hitzungs-Temperaturfühler anspricht, wird das Verknüpfungsglied ge­ sperrt, so daß keine Zufuhr von Treiberimpulsen zu der Brennstoffdo­ siereinrichtung erfolgt.

Zweckmäßigerweise werden die Temperaturfühler als PTC-Elemente oder NTC-Elemente ausgebildet, d. h. als Elemente, die einen positiven bzw. negativen Temperaturkoeffizienten besitzen. Diese Elemente erhöhen bzw. verringern ihren elektrischen Widerstand bei zunehmender Temperatur.

Die Anordnung des Wärmeträger-Temperaturfühlers an der Wasserein­ trittsseite des Wärmetauschers ermöglicht eine komfortable und stabile Regelung, wie oben näher erläutert ist. Zum frühzeitigen Erkennen einer möglichen Überhitzung wird die Überhitzungs-Überwachungseinrichtung in der oben beschriebenen Weise ausgebildet. Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist nun vorgesehen, daß auf eine derart komforta­ ble Überhitzungs-Überwachungseinrichtung in Verbindung mit einem Überhitzungs-Temperaturfühler verzichtet werden kann. Die Ausfüh­ rungsform nach diesem dritten Aspekt der Erfindung kann zwar auch die Ausgestaltung der Überhitzungs-Überwachungseinrichtung in der oben beschriebenen Art beinhalten, in einer zwar nicht ganz so günstigen, aber dafür billigeren Ausgestaltung wird dabei jedoch die Gefahr einer möglichen Überhitzung bei nicht-zirkulierendem Wärmeträger (welcher Zustand speziell bei fehlender Bypass-Leitung auftreten kann, wie oben erläutert wurde) dadurch ausgeschlossen, daß der Wärmeträger- Temperaturfühler auf der Wärmeträger-Auslaßseite des Wärmetauschers, speziell der Wasseraustrittsseite angeordnet ist und das Steuergerät den von dem Wärmeträger-Temperaturfühler gemessenen Temperaturwert zu einem Gradientensignal auswertet, das mit einem Gradienten- Schwellenwert verglichen wird, um das Gerät bei einem zu raschen Temperaturanstieg abzuschalten.

Während bei dem oben erläuterten ersten Aspekt der Erfindung der Temperaturgradient des von dem Überhitzungs-Temperaturfühler gelie­ ferten Signals ermittelt wird, wird gemäß dem dritten Aspekt der Erfin­ dung der Gradient des von dem Wärmeträger-Temperaturfühler geliefer­ ten Temperaturwerts gebildet und zum Erkennen einer möglichen Er­ hitzung herangezogen. Diese Variante der Erfindung kann auch mit einem konventionellen Überhitzungs-Schalter oder dergleichen realisiert werden, hat dabei aber den Nachteil, daß die Regelung der Wärme­ träger-Temperatur auf den gewünschten Sollwert auf der Grundlage eines Ist-Temperatursignals erfolgt, welches nicht an der Eintrittsseite, sondern an der Austrittsseite des Wärmetauschers abgenommen wird. An dieser wasseraustrittsseitigen Stelle des Wärmetauschers ist dessen Tem­ peratur stärkeren Schwankungen unterworfen als am wassereintrittsseiti­ gen Ende. Deshalb ist die Regelung weniger stabil und weniger kom­ fortabel. Dieser Nachteil wird also durch die kostengünstigere Ausfüh­ rung der - aus Sicherheitsgründen auf jeden Fall vorhandenen - Über­ hitzungs-Überwachungseinrichtung erkauft.

Wie aus der obigen Erläuterung hervorgeht, sind auf jeden Fall ein Wärmeträger-Temperaturfühler und ein Überhitzungs-Temperaturfühler vorhanden, wenn auf den früher üblichen Überhitzungs-Schalter oder die Überhitzungs-Schmelzsicherung verzichtet werden soll. Bislang war es üblich, die beiden Temperaturfühler an unterschiedlichen Stellen des Fahrzeugheizgeräts anzuordnen. Dabei wurde der zur Regelung benötigte Wärmeträger-Temperaturfühler an der Wassereintrittsseite oder Wasser­ austrittsseite des Wärmetauschers angeordnet, während der Über­ hitzungs-Temperaturfühler an einer davon entfernten Stelle, in der Regel am Ende des Flammrohrs, angeordnet wurde. Zur Anbringung dieser Temperaturfühler mußten in dem äußeren Wassermantel des Wärme­ tauschers zwei Aufnahmeöffnungen ausgebildet werden.

In einem speziellen, vierten Aspekt der Erfindung wird zur Vereinfa­ chung eine Temperaturfühleranordnung geschaffen, die eine einfache Konstruktion besitzt insbesondere eine einfachere Montage an dem Fahr­ zeugheizgerät zuläßt.

Hierzu sieht die Erfindung vor, daß der Wärmeträger-Temperaturfühler und der Überhitzungs-Temperaturfühler zu einem einteiligen Kombina­ tions-Fühlelement zusammengefaßt sind.

Dieses Kombinations-Fühlelement weist folgende Merkmale auf:

• - einen Trägerabschnitt, der in einer Öffnung des Außengehäuses des Wärmetauschers aufgenommen wird,
• - einen sich an einem Ende des Trägerabschnitts anschließenden Wärmeträger-Temperaturfühler, und
• - einen sich an dem selben Ende des Trägerabschnitts neben dem Wärmeträger-Temperaturfühler anschließenden Überhitzungs- Temperaturfühler.

Die Montage dieses Kombinations-Fühlelements ist im wesentlichen so einfach wie die Montage früher üblicher Temperaturfühler, wobei aber im Fall des Kombinations-Fühlelements nur ein einzelner Montageschritt notwendig ist, um beide Fühler an dem Gerät anzubringen. Naturgemäß befinden sich die beiden Fühler in enger Nachbarschaft. Weil der Überhitzungs-Temperaturfühler die Temperatur im Bereich des Gasmantels fühlen soll, der Wärmeträger-Temperaturfühler aber die Temperatur des Wärmeträgers erfassen soll, sieht die Erfindung vor, daß die von dem Trägerabschnitt ausgemessene Länge des Wärmeträger- Temperaturfühlers geringer ist als diejenige des Überhitzungs- Temperaturfühlers. Das von außen in das Gehäuse eingeschraubte oder anderweitig befestigte Fühlelement hält somit den Wärmeträger- Temperaturfühler in einigem Abstand von dem Gasmantel, während der Überhitzungs-Temperaturfühler in direktem Kontakt mit dem Gasmantel oder zumindest in sehr großer Nähe zu dem Gasmantel steht, so daß eine Überhitzung im Endbereich des Flammrohrs von dem Überhitzungs-Temperaturfühler schnell erfaßt werden kann, während von dieser Überhitzung der Wärmeträger-Temperaturfühler nicht oder nur wenig beeinflußt wird. Damit kann letzterer ein Ist-Wärmeträger- Temperatursignal liefern, welches eine stabile Regelung der Temperatur des Fahrzeugheizgeräts ermöglicht. Die beiden Fühler können entweder in einem gemeinsamen Gehäuse oder in getrennten Gehäusen untergebracht sein.

Im Fall einer drohenden Überhitzung besteht die in den meisten Fällen wirksamste Gegenmaßnahme in der Abschaltung des Brenners. Alternativ und zusätzlich können aber auch noch andere Gegenmaßnahmen im Fall einer drohenden Überhitzung ergriffen werden: Man kann die Brennerleistung herunterfahren, um dann zu überprüfen, ob sich aufgrund der verringerten Brennerleistung der Temperaturanstieg am Überhitzungs-Temperaturfühler stoppen oder gar rückgängig machen läßt. Man kann auch eine Warnmeldung erzeugen, so daß zum Beispiel im Fall einer Fahrzeugheizung dem Fahrer akustisch oder optisch eine Betriebsstörung signalisiert wird. Der Fahrer kann dann entscheiden, ob er das Fahrzeugheizgerät von Hand ausschaltet und/oder nach der Ursache der Störung sucht. Da es sich jedoch bei den Gegenmaßnahmen um eine Sicherheitsmaßnahme handelt, wird die Warnmeldung in aller Regel zusätzlich zu dem Herunterfahren der Brennerleistung bzw. zu der Störabschaltung des Brenners erzeugt. Ist zum Beispiel die Zirkulation des Wärmeträgers durch teilweises Verstopfen oder Knicken einer Leitung behindert, so erhöht sich die Temperatur am Wärmetauscher relativ schnell. Dennoch kann möglicherweise das Fahrzeugheizgerät weiter genutzt werden, wenn auch nur mit verminderter Leistung. Eine vollständige Abschaltung des Brenners wäre dann eine übertriebene Maßnahme, eine Verringerung der Brennerleistung hat demgegenüber den Vorteil, daß zumindest noch eine Notbeheizung des Fahrgastraums stattfinden kann.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugheizgeräts,

Fig. 2 eine Schaltungsskizze der Steuerung des Heizgeräts mit Überhitzungs-Überwachungseinrichtung,

Fig. 3 eine grafische Darstellung des Verlaufs des Widerstands in Abhängigkeit der Temperatur bei einem PTC-Element,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Wärmeträger-Kreis­ laufs mit Fahrzeugheizgerät, Fahrzeug-Wärmetauscher und Verbrennungsmotor;

Fig. 5 eine grafische Darstellung verschiedener Schwellenwerte für die Temperaturregelung des Fahrzeugheizgeräts und für die Überhitzungsüberwachung;

Fig. 6 eine vereinfachte Darstellung eines Teils eines Wärme­ tauschers des Fahrzeugheizgeräts mit der Stelle, wo ein Kombinations-Fühlelement angeordnet ist,

Fig. 7 eine erste Variante einer Temperaturfühleranordnung in Form des in Fig. 6 vereinfacht dargestellten Fühlerele­ ments;

Fig. 8a und 8b eine Längsschnittansicht bzw. eine Querschnitts­ ansicht einer weiteren Variante des in Fig. 6 schematisch dargestellten Fühlelements, und

Fig. 9 eine weitere Variante des schematisch in Fig. 6 dargestell­ ten Fühlelements.

In Fig. 1 ist ein Fahrzeugheizgerät dargestellt, dessen Hauptmerkmale bekannt sind.

In einer an einen Brennerkopf 9 anschließenden Brennkammer 2 wird eine Flamme erzeugt, wozu dem Brennerkopf von einem Verbrennungs­ luftgebläse 4 Verbrennungsluft und über eine Brennstoffdosierpumpe 6 Brennstoff zugeführt wird. Der Brennstoff wird in dem hier als Ver­ dampferbrenner ausgebildeten Brennerkopf 9 verdampft. Die Flamme breitet sich in Fig. 1 nach rechts im Bereich eines Flammrohr 8 aus. Das Flammrohr ist von einem Wärmetauscher 10 umgeben, bei dem es sich um ein metallisches Doppelwandgehäuse mit einem inneren Gas­ mantel 7 und einem äußeren Wassermantel 13 handelt.

Als Wärmeträger gelangt Wasser in Pfeilrichtung P2 über einen Einlaß 11 in den Wärmetauscher 10, um den Wärmetauscher 10 über eine Wasserpumpe 12 in Pfeilrichtung P1 zu verlassen. Zwischen dem Gas­ mantel 7 und dem Wassermantel 13 besitzt der Wärmetauscher 10 spi­ ralförmige Gänge, in denen sich das durch den Wärmetauscher 10 strö­ mende Wasser durch die heißen Gase erwärmt, welche auf der rechten Seite des Flammrohrs 8 auftreten, auf die innere Stirnfläche des Gas­ mantels 7 gelangen, um von dort zwischen der Außenseite des Flamm­ rohrs 8 und dem Gasmantel 7 über einen Auspuff 5 auszutreten.

Die Funktionen der einzelnen Elemente des Fahrzeugheizgeräts werden von einem einen Mikroprozessor aufweisenden Steuergerät 14 gesteuert und geregelt. In der Nähe des Einlasses 11 befindet sich als Wärme­ träger-Temperaturfühler ein Wassertemperaturfühler 20, dessen Aus­ gangssignal auf das Steuergerät 14 gegeben wird. Am rechten Ende des Wärmetauschers 10 befindet sich ein Überhitzungs-Temperaturfühler 22, dessen Ausgangssignal ebenfalls auf das Steuergerät 14 gegeben wird. Im vorliegenden Fall befindet sich der Überhitzungs-Temperaturfühler 22 in Berührung mit dem Gasmantel 7, so daß ein guter und rascher Wärmeübergang von der Innenseite des Gasmantels 7 zu dem Über­ hitzungs-Temperaturfühler 22 erfolgt.

Der Wassertemperaturfühler 20 befindet sich in einer Ausführungsform der Erfindung in einem gewissen Abstand von dem Gasmantel 7, er kann aber in einer anderen Ausführungsform auch mit dem Gasmantel 7 in Berührung stehen.

Der Überhitzungs-Temperaturfühler 22 ist im wesentlichen ähnlich wie der zur Regelung dienende Wassertemperaturfühler 20 ausgebildet. In beiden Fällen handelt es sich hier um ein PTC-Element.

Das Steuergerät 14 besitzt einen Mikroprozessor zur Auswertung ver­ schiedener Signale, von denen hier die Signale von den beiden Tempera­ turfühlern 20 und 22 interessieren. Außerdem ist in dem Steuergerät 14 noch eine von der Mikroprozessorsteuerung unabhängige Schaltung vorgesehen, die im Fall eines Ausfalls des Mikroprozessors oder im Falle eines Programmfehlers gegebenenfalls dennoch eine Sperrung der Brennstoffzufuhr zu dem Brenner gewährleistet. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, geben die beiden Temperaturfühler 20 und 22 an einen Mikropro­ zessor 30 ein Signal "WRT" bzw. "ÜFT". Bei dem Signal WRT auf der Leitung 32 handelt es sich um einen Spannungswert, welcher der Wassertemperatur entspricht. Bei dem Signal ÜFT auf der Leitung 34 handelt es sich um einen Spannungswert, welcher der Temperatur am Wärmetauscher entspricht.

Die Signale auf den Leitungen 32 und 34 werden einer Analog-Digi­ talumsetzung unterzogen und von dem Mikroprozessor 30 nach bestimm­ ten Kriterien ausgewertet. Sinkt z. B. die Temperatur an dem Wasser- Temperaturfühler 20, d. h. nimmt die Spannung des Signals WRT ab, während die Temperatur am Überhitzungs-Temperaturfühler 22 ansteigt, d. h. während die Signalspannung des Signals ÜFT ansteigt, so droht ein Überhitzungszustand. Über einen Ausgang BPT (Brennstoffpumpentreiber) gibt der Mikroprozessor 30 Treiberimpulse über ein Verknüpfungsgatter 40, hier ein UND-Glied 38, an einen Transistor-Treiber Tr der Brennstoffdosierpumpe 6, so daß diese abhängig von den Treiberimpulsen am Ausgang BPT des Mikroprozessors 30 betrieben wird. Im Fall der möglichen Überhitzung wird das Ausgangssignal am Ausgang BPT gesperrt. Das Tastverhältnis der Impulse am Ausgang BPT, d. h. die auf eine bestimmte Impulsperiodendauer bezogene Öffnungszeit des Treiber-Transistor Tr wird von dem Mikroprozessor 30 unter anderem in Abhängigkeit von der von dem Wassertemperaturfühler 20 in Form des Signals WRT gelieferten Temperatur eingestellt. Die Regelung ist derart pro­ grammiert, daß am Ausgang BPT ein intermittierendes Signal zum Öffnen des Treiber-Transistors Tr geliefert wird, bis der Mikropro­ zessor 30 bei Erreichen eines oberen Regel-Schwellenwerts des Signals WRT den Treiber-Transistor Tr ausschaltet, während er ihn einschaltet, wenn das für die Wassertemperatur maßgebliche Signal WRT unter einen unteren Regel-Schwellenwert absinkt.

Es könnte nun sein, daß ein Softwarefehler den oben geschilderten Vor­ gang des Sperrens des Ausgangssignals am Ausgang BPT des Mikro­ prozessors 30 verhindert, sowohl im normalen Regelbetrieb, d. h., wenn bei Erreichen des oberen Regel-Schwellenwerts die Brennstoffzufuhr gesperrt wird, als auch im Fall einer drohenden Überhitzung. Dies kann durch eine Störung im Mikroprozessor 30 bedingt sein, aber auch durch einen Programmfehler. In diesem Fall ist aber hier dennoch gewährleistet, daß vor einer schädlichen Überhitzung des Fahrzeugheizgeräts die Brennstoffdosierpumpe 6 stillgesetzt wird.

Von der Leitung 34 geht eine Zweigleitung 36 ab, die zu einem Schwellenwertschalter 38 führt, dessen Ausgang mit einem Eingang des UND-Glieds 40 verbunden ist, dessen anderem Eingang das Ausgangs­ signal vom Ausgang BPT des Mikroprozessors 30 zugeführt wird. Wenn die Spannung auf der Leitung 34 über einen bestimmten Wert entspre­ chend einer relativ hohen Temperatur am Überhitzungs-Temperaturfühler 22 ansteigt, so spricht der Schwellenwertschalter 38 hierauf an und erzeugt an seinem Ausgang ein Signal mit niedrigem Pegel, wodurch das UND-Gatter 40 gesperrt wird, so daß die Ausgangssignale vom Ausgang BPT des Mikroprozessors 30 nicht an den Treibertransistor Tr gelangen können. Die Brennstoffdosierpumpe 6 wird hierdurch stillgesetzt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Überhitzungs-Überwachungsschal­ tung redundant ausgelegt. Der eine Weg zum Stillsetzen der Brennstoff­ dosierpumpe führt über den Mikroprozessor, welcher die beiden Signale auf den Leitungen 32 und 34 vergleicht und auswertet. Der andere Weg führt parallel zu dem Mikroprozessor 30 über den Schwellenwertschalter 38.

Fig. 3 zeigt das Verhalten jedes der beiden Temperaturfühler 20 und 22, die jeweils als PTC-Element ausgeführt sind. In einem Bereich zwischen 30° und 80°C ergibt sich ein linearer Zusammenhang zwischen der erfaßten Temperatur und dem Widerstand des PTC-Elements. Der Schwellenwertschalter 38 wird auf einen geeigneten Wert eingestellt.

Nachdem der Zustand der Überhitzung festgestellt ist, wird die Brenn­ stoffzufuhr zu dem Brenner durch Stoppen der Brennstoffdosierpumpe 6 gesperrt. Wenn der Überhitzungszustand nicht mehr vorliegt, kann der Betrieb des Brenners fortgesetzt werden, ohne daß irgendeine besondere Manipulation erforderlich ist. Zweckmäßigerweise wird im Fall einer Überhitzung ein Warnsignal erzeugt, welches dem Benutzer des Geräts signalisiert, daß eine Überhitzung am Wärmetauscher stattgefunden hat. Der Benutzer hat dann die Möglichkeit, das Gerät zu überprüfen und gegebenenfalls etwaige Störungen zu beseitigen.

Im folgenden wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung er­ läutert. Bei dieser Ausführungsform erfolgt das Erkennen eines drohen­ den Überhitzungszustands ebenfalls anhand des von dem Überhitzungs- Temperaturfühlers 22 gelieferten Signals ÜFT durch geeignete Auswer­ tung seitens des Mikroprozessors 30.

Zunächst soll jedoch erläutert werden, wie und warum es unter anderem zu einer Überhitzung am Wärmetauscher kommen kann.

Fig. 4 zeigt schematisch das in Fig. 1 dargestellte Heizgerät mit Brennerkopf 9, Flammrohr 8 und Wärmetauscher 10. Schematisch ange­ deutet sind auch der Wassertemperaturfühler 20 im Bereich des Ein­ lasses des Wärmetauschers 10 und der Überhitzungs-Temperaturfühler 22 im Endbereich des Flammrohres 8.

Üblicherweise ist das Fahrzeugheizgerät in den Kühlkreislauf des Motors des Kraftfahrzeugs integriert. Wie in Fig. 4 zu ersehen ist, steht der in üblicher Weise mit dem Fahrzeugkühler verbundene Motor 100 mit dem Einlaß des Wärmetauschers 10 in Verbindung. Der Auslaß des Wärmetauschers 10 steht mit dem Eintritt eines Wärmetauschers (WT) 50 des Fahrzeugs in Verbindung. Der Austritt des Wärmetauschers 50 ist wieder mit dem Motor 100 verbunden. Bei dem Wärmetauscher 50 handelt es sich um den oder die "Heizkörper", mit denen z. B. der Fahrzeuginnenraum beheizt wird. Über Schieber oder Ventile läßt sich die Wärmezufuhr zu dem Wärmetauscher 50 sperren oder drosseln. Die Umwälzung des Wärmeträgers (hier: Wasser) erfolgt mit Hilfe einer Wasserpumpe 12.

Außerdem ist in Fig. 4 eine Bypass-Leitung BP dargestellt, deren Zweck darin besteht, bei gesperrtem Wärmetauscher 50 ein Zirkulieren des Wassers durch den Wärmetauscher 10 zu ermöglichen. Wie bekannt, wird das Fahrzeugheizgerät derart geregelt, daß bei Einstellung einer bestimmten Solltemperatur abhängig von der gefühlten Wassertemperatur der Brenner ein- und ausgeschaltet wird. Liegt die von dem Wasser­ temperaturfühler 20 ermittelte Wassertemperatur unterhalb eines für den eingestellten Temperaturwert repräsentativen oberen Schwellenwerts, so läuft der Brenner. Wird dieser Schwellenwert überschritten, so schaltet die Regelung den Brenner aus. Entsprechendes gilt für einen unteren Schwellenwert. Wenn nun der Wärmetauscher 50 gesperrt wird, weil keine Heizleistung benötigt wird, so läuft der Brenner zunächst noch weiter, weil und während die von dem Wassertemperaturfühler 20 er­ mittelte Wassertemperatur noch unterhalb des oberen Schwellenwerts liegt. Die Wasserpumpe 12 pumpt das Wasser über die Bypass-Leitung BP durch den Wärmetauscher 10, so daß sich die Temperatur des Wassers langsam erhöht, bis schließlich der obere Schwellenwert er­ reicht ist und das Gerät abgeschaltet wird.

Aus verschiedenen Gründen möchte man auf die zusätzlichen Material- und Arbeitsaufwand erfordernde Bypass-Leitung BP verzichten. Wird ohne Bypass-Leitung BP der Wärmetauscher des Fahrzeugs 50 gesperrt, so steht das Wasser in dem Wärmetauscher 10 praktisch still. Wenn der Brenner läuft, erwärmt sich der Gasmantel und mithin das Wasser im Endbereich des Flammrohrs 8 sehr schnell, während die Temperatur am anderen Ende des Flammrohrs 8, d. h. im Bereich des Wassertempera­ turfühlers 20 sich zunächst kaum ändert. Dies bedingt die Gefahr einer Überhitzung, so daß man entsprechende Gegenmaßnahmen ergreifen muß.

In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist nun vorgesehen, daß das von dem Überhitzungs-Temperaturfühler 22 gelieferte Signal ÜFT von dem Mikroprozessor 30 (Fig. 2) zu einem Gradientensignal ausgewertet wird, d. h. der Mikroprozessor 30 bildet in regelmäßigen kurzen Zeitabständen den Quotienten aus Temperatur und Zeitspanne.

In Fig. 5 ist in einer grafischen Darstellung die Wassertemperatur T über der Zeit t aufgetragen. Dargestellt sind eine obere und eine untere Schwelle für das Heizgerät, wobei das Heizgerät ausschaltet, wenn die von dem Wassertemperaturfühler 20 gefühlte Wassertemperatur die obere Schwelle übersteigt, während das Gerät eingeschaltet wird, wenn die Wassertemperatur die untere Schwelle unterschreitet. Anstelle des Aus- und Einschaltens kann auch vorgesehen sein, daß der Brenner von großer auf kleine Leistung umschaltet, und umgekehrt.

Oberhalb der oberen Schwelle ist noch eine Überhitzungsschwelle darge­ stellt. Wenn das von dem Überhitzungs-Temperaturfühler 22 gelieferte Signal ÜFT diesen Schwellenwert überschreitet, erfolgt ein Sperren des Treibertransistors Tr, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.

Bei der vorliegenden Ausführungsform bildet der Mikroprozessor 30 aus dem Signal ÜFT ein Gradientensignal, also ein Signal, welches den Temperaturanstieg des Gasmantels 7 am Ende des Flammrohrs 8 kennzeichnet. Wenn man nun annimmt, daß in Fig. 4 der Fahrzeug­ wärmetauscher (WT) 50 gesperrt wird, während der Brenner noch in Betrieb ist, so erfolgt keine Wasserzirkulation durch den Wasser­ wärmetauscher 50, und dementsprechend praktisch keine Wasserbewe­ gung innerhalb des Wärmetauschers 10 des Fahrzeugheizgerät. Deshalb steigt in diesem Fall die Temperatur am Ende des Flammrohrs 8, also die von dem Überhitzungs-Temperaturfühler 22 gefühlte Temperatur stärker an, als wenn z. B. der Fahrzeugwärmetauscher 50 nur etwas gedrosselt würde. Letzterer Fall ist in Fig. 5 als "Normal" bezeichnet. Im Fall der vollständigen Sperrung des Fahrzeugwärmetauschers 50 ist das Gradientensignal dT/dt jedoch steiler als das mit "Normal" bezeich­ nete Signal. Wenn diese Steilheit einen Gradienten-Schwellenwert SG (=maximal zulässiger Wert von dT/dt) übersteigt, wird dies als drohender Überhitzungszustand interpretiert, so daß der Mikroprozessor 30 die Brennstoffzufuhr in der oben beschriebenen Weise sperrt. Die Regelung im Normalfall, also ohne Überhitzung bei geöffnetem Fahrzeugwärmetauscher 50 erfolgt anhand des von dem Wassertemperaturfühlers 20 gelieferten Signals so, wie es oben in Verbindung mit Fig. 1 und 2 beschrieben wurde.

Anstelle der Bildung eines Gradientensignals aus dem von dem Überhitzungs-Temperaturfühler gelieferten Ausgangssignal wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Differenzwert aus den von dem Überhitzungs-Temperaturfühler 22 und dem von dem Wärmeträger-Temperaturfühler 20 gelieferten Meßwerten gebildet, der Mikroprozessor 30 vergleicht diesen Differenzwert mit einem vorher festgelegten Differenz-Schwellenwert. Die von den beiden Temperaturfühlern 20 und 22 gelieferten Meßwerte dürfen bei ordnungsgemäßem Betrieb des Geräts nur um einen bestimmten Betrag voneinander abweichen. Ist die Abweichung größer, so bedeutet dies mit hoher Wahrscheinlichkeit einen Überhitzungszustand oder einen bevorstehenden Überhitzungszustand.

Die Ausgangssignale der beiden Temperaturfühler 20 und 22 können noch für eine weitere Funktion genutzt werden: Im Normalbetrieb stehen die von den beiden Temperaturfühlern gelieferten Meßsignale in einer gewissen Beziehung, beispielsweise ist das von dem Überhitzungs- Temperaturfühler 22 gelieferte Meßsignal stets etwas höher als das von dem Wassertemperaturfühler 20 gelieferte Signal. Weichen die beiden Werte um mehr als einen bestimmten Differenzbetrag voneinander ab, so kann dies bedeuten, daß einer der beiden Temperaturfühler nicht ordnungsgemäß funktioniert. In diesem Fall ist vorgesehen, daß zumindest eine Warnmeldung erzeugt wird, sicherheitshalber erfolgt auch eine Störabschaltung, so daß der defekte Temperaturfühler erst ersetzt werden muß, bevor der Betrieb des Fahrzeugheizgeräts wieder aufgenommen werden kann.

Im folgenden wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung anhand der Fig. 4 und 5 erläutert, die gegenüber der zuletzt beschriebenen Ausführungsform Kostenvorteile ermöglicht, jedoch in dem Regelkom­ fort nicht ganz so günstig ist.

Wie rechts unten in Fig. 4 an dem Fahrzeugheizgerät angedeutet, kann sich am Wasserauslaß des Wärmetauschers 10 ein Wassertemperaturfüh­ ler 20′ befinden, der den wassereintrittsseitigen Temperaturfühler er­ setzt. Der Wassertemperaturfühler 20′ am Wasseraustrittsende des Wär­ metauschers 10 befindet sich in Berührung mit dem Gasmantel 7, ähn­ lich wie der Überhitzungs-Temperatur 22. Letzterer kann ebenfalls als Temperaturfühler ausgebildet sein, wie es oben erläutert wurde, es kann sich aber auch einfach um eine Schalter- oder um eine Schmelzsicherung handeln, wie es früher üblich war, um einen Schutz gegen eine mögliche Überhitzung zu erreichen. Dadurch, daß der Wassertemperaturfühler 20′ sich am Wasseraustrittsende des Wärmetauschers 10 befindet, liefert er ein Signal, welches sehr stark von den Temperaturverhältnissen am Endbereich des Flammrohrs 8 abhängt. Kommt es zu einem Stillstand oder Fast-Stillstand der Wasserbewegung in dem Wärmetauscher 10, so erfaßt der mit dem Gasmantel 7 in Berührung stehende Wassertemperaturfühler 20′ sehr schnell eine Temperaturerhöhung. Der Mikroprozessor 30 kann diese Temperaturerhöhung des Signals WRT des Wassertemperaturfühlers 20′ in ähnlicher Weise auswerten, wie es bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform mit dem Signal ÜFT geschieht. Das heißt: der Mikroprozessor 30 bildet aus dem von dem Wassertemperaturfühler 20′ gelieferten Signal WRT in bestimmten Zeitabständen ein Gradientensignal dT/dt, und wenn dieses Gradientensignal einen Gradienten-Schwellenwert übersteigt, schaltet der Mikroprozessor den Treibertransistor Tr der Brennstoffdosierpumpe ab.

Ein gewisser Nachteil bei dieser Ausführungsform besteht darin, daß die Regelung des Fahrzeugheizgeräts auf der Grundlage der am wasseraus­ trittseitigen Ende des Wärmetauschers 10 gefühlten Wärmeträgertempe­ ratur erfolgt. Dieser Temperaturwert ist kurzfristigeren Schwankungen durch den Betrieb des Brenners unterlegen, und diese Schwankungen führen zu einem weniger stabilen Regelbetrieb, so daß die Temperaturen am Fahrzeugwärmetauscher 50 nicht ganz so gleichmäßig geregelt werden wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform.

Wie oben erwähnt, wird bei der Ausführungsform, bei der der Wärmeträger-Temperaturfühler 20 wassereintrittsseitig angeordnet ist, außer dem Gradientenwert alternativ oder zusätzlich doch ein Differenzwert aus den von den beiden Temperaturfühlern 20, 22 gelieferten Signalen gebildet, und dieser Differenzwert wird mit einem Differenz-Schwellenwert verglichen, um einen (drohenden) Überhitzungszustand zu erkennen. Diese Differenzwert-Bildung eignet sich besonders gut für die oben angesprochene Variante des Geräts, bei der der Wärmeträger-Temperaturfühler 20′ wasseraustrittsseitig angeordnet ist. Die von den Temperaturfühlern 20′ und 22 an den Mikroprozessor 30 gelieferten Meßsignale werden von dem Mikroprozessor zu einem Differenzwert verarbeitet. Dies kann in bestimmten zeitlichen Abständen erfolgen. Der jeweils gebildete Differenzwert wird mit einem im Speicher des Mikroprozessors 30 abgelegten Differenz-Schwellenwert verglichen. Bei Überschreitung des Schwellenwerts erfolgt eine Abschaltung der Brennstoffzufuhr, oder es werden andere Gegenmaßnahmen eingeleitet.

Bei sämtlichen oben beschriebenen Varianten sind der Wassertempera­ turfühler 20 einerseits und der Überhitzungs-Temperaturfühler 22 ande­ rerseits räumlich voneinander getrennt, wobei sich der Wassertempera­ turfühler 20 an der Wassereintrittsseite des Wärmetauschers 10 mit oder ohne Berührung des Gasmantels 10 befindet, während sich der Über­ hitzungs-Temperaturfühler 22 stets in Berührung mit dem Gasmantel 7 am Ende des Flammrohrs 8 befindet.

Man kann gemäß einem speziellen Aspekt der vorliegenden Erfindung die beiden Temperaturfühler zu einem einzigen Bauteil F zusammen­ fassen, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist.

Fig. 6 zeigt schematisch den (inneren) Gasmantel 7 und den (äußeren) Wassermantel 13 des Wärmetauschers, wobei in einer Öffnung des Wassermantels 17 ein Kombinations-Fühlelement F angeordnet ist, welches mit einer Fühlfläche auf der Außenseite des Gasmantels 7 an­ liegt, etwa im Bereich des rechten Endes des Flammrohrs 8.

Fig. 7 zeigt eine erste spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kombinations-Fühlelements F. Mit einem Trägerabschnitt 110 sitzt das Fühlelement F in dem äußeren Wassermantel 13, wobei ein Kopf 111 des Fühlelements F etwas über die Außenfläche des Wassermantels 13 vorsteht. Durch das Fühlelement F erstrecken sich zwei Leitungspaare (+) und (-) zu einem Wassertemperaturfühler 20a bzw. einem Über­ hitzungs-Temperaturfühler 22a. Die Unterseite beider Temperaturfühler 20a, 22a steht mit der Außenseite des Gasmantels 7 in Berührung, wobei die Breite des von Wasser durchströmten Zwischenraums zwischen den Mänteln 7 und 13 mit l bezeichnet ist. Bei diesem Kombinations-Fühl­ element F stehen beide Temperaturfühler 20a und 22a mit dem Gasmantel 7 in Berührung.

Fig. 8a und 8b zeigen eine Längsschnittansicht bzw. eine Querschnitt­ ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Kombinations-Fühlele­ ments. Das Kombinations-Fühlelement gemäß Fig. 8a, 8b unterscheidet sich von dem Fühlelement nach Fig. 7 dadurch, daß der Überhitzungs- Temperaturfühler 20b auf einer anderen Höhe liegt als der Wassertempe­ raturfühler 20b. Die Stirnfläche des Überhitzungs-Temperaturfühlers 22b kann somit an der Außenseite des Gasmantels 7 anliegen, während der Wassertemperaturfühler 20b keinen Kontakt mit dem Gasmantel hat. Um eine gegenseitige Beeinflussung weitestgehend auszuschließen, sind die beiden Temperaturfühler 20b, 22b an einer Trennwand 113 getrennt. Beide Temperaturfühler sind in einem gemeinsamen, abgestuft ausgebil­ deten Gehäuse 112 aufgenommen.

Fig. 9 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie Fig. 8a, 8b, wobei in Fig. 9 jedoch der Wassertemperaturfühler 20c in einem eigenen Gehäuse 112b und der Überhitzungs-Temperaturfühler 22c in einem eigenen Gehäuse 112a untergebracht sind. Der Überhitzungs-Temperaturfühler 22c ist länger als der Wassertemperaturfühler ausgebildet und kann deshalb mit dem Gasmantel 7 in Berührung stehen.

Dem Fachmann ist klar, daß die oben beschriebenen Ausführungsformen jeweils für sich in einem Fahrzeugheizgerät realisiert werden können, daß aber auch mehrere sinnvolle Kombinationen möglich sind. So zum Beispiel läßt sich die in Fig. 2 dargestellte redundante Schaltung mit dem Schwellenwertschalter 38 bei praktisch sämtlichen beschriebenen Ausführungsformen vorsehen, so daß die Abschaltung des Brenners nicht nur von dem Betriebs des Mikroprozessors 30, sondern auch von dem redundanten Schaltungszweig abhängt. Dies erhöht die Sicherheit. Während bei der als erstes beschriebenen Ausführungsform der Absolut­ wert des von dem Überhitzungs-Temperaturfühlers 22 gelieferten Signals ÜFT ausgewertet wird, und bei der als zweites beschriebenen Aus­ führungsform aus dem Signal ÜFT ein Gradientenwert gebildet wird, ist eine Kombination dieser Varianten äußerst sinnvoll, weil eine Über­ hitzung auch dann stattfinden kann, wenn sich die Temperatur am Über­ hitzungs-Temperaturfühler 22, d. h. am Gasmantel 7 in der Nähe des Flammrohrendes, nur relativ langsam erhöht (niedriger Gradientenwert), schließlich aber doch einen Absolutwert aufweist, der eine (kurz bevor­ stehende) Überhitzung kennzeichnet. Auch in diesem Fall muß natürlich sofort eine Gegenmaßnahme eingeleitet werden.

Entsprechende Betrachtungen gelten auch für die Variante mit am Wasseraustrittsende des Wärmetauschers angeordneten (Regel)-Wasser­ temperaturfühler 20′. Unabhängig davon, wie schnell die Temperatur im Bereich des Wassertemperaturfühlers 20′ ansteigt, muß eine Abschaltung bei einer absoluten Temperatur erfolgen, welche einen Überhitzungs­ zustand kennzeichnet. Wenn also die Überhitzungs-Überwachungsein­ richtung anstelle eines Schalters einen Temperaturfühler aufweist, muß die Abschaltung erfolgen, wenn das von diesem Temperaturfühler gelie­ ferte Signal über dem Schwellenwert liegt, der in Fig. 5 oben mit "Überhitzung" bezeichnet ist.

Das in den Fig. 7 bis 9 dargestellte Kombinations-Fühlelement läßt sich grundsätzlich bei sämtlichen oben beschriebenen Fahrzeugheizgeräten einsetzen, wobei aber insbesondere die Varianten nach Fig. 8a, b und 9 deshalb günstig sind, weil sich der Überhitzungs-Temperaturfühler in Berührung mit dem Gasmantel befindet, der Wassertemperaturfühler hingegen nicht.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen werden als Temperaturfühler PTC-Elemente verwendet. Statt dieser PTC-Elemente können aber auch NTC-Elemente eingesetzt werden. Anstelle der oben angesprochenen Störabschaltung des Brenners durch Sperren der Brennstoffzufuhr zu dem Brenner kann es in gewissen Fällen ausreichen, wenn der Brenner nicht stillgesetzt, sondern lediglich die Brennerleistung heruntergefahren wird. Dies kann zum Beispiel sinnvoll sein, wenn die Wärmeträgerzirkulation beispielsweise durch ein abgeknicktes Rohr oder dergleichen behindert wird. Zusätzlich zu der Störabschaltung oder der Verringerung der Brennerleistung sollte aber im Fall eines Ansprechens der Überhitzungs-Überwachungseinrichtung zweckmäßigerweise eine Warnmeldung erzeugt werden, so daß der Benutzer durch einen optischen oder akustischen Signalgeber darüber informiert wird, daß das Fahrzeugheizgerät nicht ordnungsgemäß arbeitet.

Claims (14)

1. Fahrzeugheizgerät, mit einem Verbrennungsluftgebläse (4) und einer Brennstoffdosiereinrichtung (6), die Verbrennungsluft und Brenn­ stoff einem Brenner zuführen, welcher in einem Flammrohr eine Flamme erzeugt, einem Wärmetauscher (10), der über einen Gas­ mantel (7) von dem das Flammrohr aufnehmenden Raum getrennt ist und durch den ein Wärmeträger, z. B. Wasser, gepumpt wird, einem Wärmeträger-Temperaturfühler (20, 20′), der die Wärme­ trägertemperatur mißt, einem Steuergerät (14), welches den Betrieb des Geräts in Abhängigkeit zumindest von der gemessenen Wärme­ trägertemperatur regelt, und einem Überhitzungs-Temperaturfühler (22) der an das Steuergerät (14) angeschlossen ist, das auf eine am Wärmetauscher (10) auftretende Überhitzung anspricht, um den Betrieb des Geräts durch Sperren der Brennstoffzufuhr stillzusetzen oder andere Gegenmaßnahmen einzuleiten, wenn ein von dem Überhitzungs-Temperaturfühler (22) abgeleitetes Signal einen Schwellenwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Überhitzungs-Temperaturfühler (22) in der Nähe des Flammrohrendes in Berührung mit dem Gasmantel angeordnet ist, und daß das Steuergerät aus dem Ausgangssignal des Überhitzungs- Temperaturfühlers (22) ein Gradientensignal erzeugt, welches mit einem Gradienten-Schwellenwert verglichen wird, und/oder den Differenzwert aus dem von dem Wärmeträger-Temperaturfühler (20, 20′) und dem Überhitzungs-Temperaturfühler (22) gelieferten Ausgangssignalen bildet und den Differenzwert mit einem Differenz-Schwellenwert vergleicht.

2. Fahrzeugheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger-Temperaturfühler (20) in der Nähe des Wärmeträgereintritts (11) insbesondere wassereintrittsseitig bezüglich des Wärmetauschers (10) angeordnet ist.

3. Fahrzeugheizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger-Temperaturfühler (20) mit dem Gasmantel (7) in Berührung steht.

4. Fahrzeugheizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät den von dem Wärmeträger-Temperaturfühler (20) gelieferten Temperaturwert mit dem von dem Überhitzungs- Temperaturfühler (22) gelieferten Temperaturwert vergleicht und bei Feststellen einer Überschreitung eines vorgegebenen Differenz­ betrags Gegenmaßnahmen veranlaßt, insbesondere eine Störab­ schaltung vornimmt.

5. Fahrzeugheizgerät, mit einem Verbrennungsluftgebläse (4) und einer Brennstoffdosiereinrichtung (6), die Verbrennungsluft und Brenn­ stoff einem Brenner zuführen, welcher eine Flamme erzeugt, einem Wärmetauscher (10), durch den ein Wärmeträger (10), z. B. Wasser, gepumpt wird, einem Wärmeträger-Temperaturfühler (20), der die Wärmeträgertemperatur mißt, einem Steuergerät (14), welches den Betrieb des Geräts in Abhängigkeit zumindest von der gemessenen Wärmeträgertemperatur regelt, und einem Überhitzungs- Temperaturfühler (22), der an das Steuergerät (14) angeschlossen ist, das auf eine am Wärmetauscher auftretende Überhitzung an­ spricht, um den Betrieb des Geräts durch Sperren der Brennstoff­ zufuhr stillzusetzen oder andere Gegenmaßnahmen einzuleiten, wenn ein von dem Überhitzungs-Temperaturfühler (22) abgeleitetes Signal einen Schwellenwert überschreitet, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät einen Mikroprozessor (30) enthält, dem die Meßsignale von dem Wärmeträger-Temperaturfühler (20) und dem Überhitzungs-Temperaturfühler (22) zur Auswertung zugeführt werden, und daß parallel zu dem Mikroprozessor ein einen Schwellenwertschalter (38) enthaltender Stromkreis liegt, wobei ein Ausgangssignal des Schwellenwertschalters die Brennstoffzufuhr zu dem Brenner sperrt oder zum Einleiten anderer Gegenmaßnahmen herangezogen wird.

6. Fahrzeugheizgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (30) zum Ermitteln eines Überhitzungs­ zustands feststellt, ob sich die beiden Temperaturwerte gleichsinnig ändern, ob ein Mindesttemperaturabstand beider Fühler gegeben ist, und/oder ob der Wärmeträger-Temperaturfühler (20) nicht einen höheren Temperaturwert liefert als der Überhitzungs-Temperatur­ fühler (22).

7. Fahrzeugheizgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Brennstoffdosiereinrichtung eine Treiberschaltung (tr), vorgesehen ist, der von dem Steuergerät Treiberimpulse für den getakteten Betrieb der Brennstoffdosiereinrichtung (6) zugeführt werden, und daß der Ausgang des Schwellenwertschalters (28) mit einem Eingang eines logischen Verknüpfungsglieds (40) verbunden ist, dessen anderem Eingang die Treiberimpulse zugeführt werden.

8. Fahrzeugheizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß beide Temperaturfühler (20, 22) als PTC-Elemente oder als NTC-Elemente ausgebildet sind.

9. Fahrzeugheizgerät, mit einem Verbrennungsluftgebläse (4) und einer Brennstoffdosiereinrichtung (6), die Verbrennungsluft und Brenn­ stoff einem Brenner zuführen, welcher in einem Flammrohr (8) eine Flamme erzeugt, einem Wärmetauscher (10), der über einen Gas­ mantel (7) von dem das Gasflammrohr (8) aufnehmenden Raum getrennt ist und durch den ein Wärmeträger, z. B. Wasser, gepumpt wird, einem Wärmeträger-Temperaturfühler (20′), der die Wärme­ trägertemperaturen mißt, einem Steuergerät (14), welches den Be­ trieb des Geräts in Abhängigkeit zumindest von der gemessenen Wärmeträgertemperatur regelt, und einem Überhitzungs-Tempera­ turfühler (22), der auf eine am Wärmetauscher auftretende Über­ hitzung anspricht, um den Betrieb des Geräts durch Sperren der Brennstoffzufuhr stillzusetzen oder andere Gegenmaßnahmen ein­ zuleiten, insbesondere nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger-Temperaturfühler (20′) am Ausgang des Wärmetauschers (10) angeordnet ist, und das Steuergerät den von dem Wärmeträger-Temperaturfühler (20′) gemessene Temperatur­ wert zu einem Gradientensignal auswertet, das mit einem Gradienten-Schwellenwert verglichen wird, und/oder das Steuergerät den Differenzwert aus dem von dem Wärmeträger-Temperaturfühler (20, 20′) und dem Überhitzungs-Temperaturfühler (22) gelieferten Ausgangssignalen bildet und den Differenzwert mit einem Differenz-Schwellenwert vergleicht, um bei zu raschem Temperatur­ anstieg eine Gegenmaßnahme einzuleiten.

10. Temperaturfühleranordnung für ein Fahrzeugheizgerät, insbesonde­ re ein Fahrzeugheizgerät nach Anspruch 1, 5 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger-Temperaturfühler (20a, 20b, 20c) und der Überhitzungstemperaturfühler (22a, 22b, 22c) zu einem gemein­ samen Kombinations-Fühlelement (F) zusammengefaßt sind.

11. Temperaturfühleranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kombinations-Fühlelement aufweist:

• - einen Trägerabschnitt (110), der in einer Öffnung des Außenge­ häuses (13) des Wärmetauschers (10) aufgenommen wird,
• - einen sich an einem Ende des Trägerabschnitts anschließenden Regelfühler (20a, 20b, 20c), und
• - einen sich von demselben Ende des Trägerabschnitts (110) neben dem Regelfühler anschließenden Überhitzungsfühler (22a, 22b, 22c).

12. Temperaturfühleranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Trägerabschnitt (110) ausgemessene Länge des Re­ gelfühlers (20b, 20c) geringer ist als diejenige (l) des Über­ hitzungsfühlers (22b, 22c).

13. Temperaturfühleranordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelfühler und der Überhitzungsfühler in einem gemein­ samen Gehäuse (112) aufgenommen sind.

14. Fahrzeugheizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Gegenmaßnahme im Fall einer drohenden Überhitzung

• - die Brennerleistung verringert wird, oder
• - eine Störabschaltung vorgenommen und/oder
• - eine Warnmeldung erzeugt wird.