DE4447285A1 - Fahrzeugheizgerät - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeugheizgerät, aufweisend ein Verbrennungsluftgebläse und eine Brennstoffzuführeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß im Flammraum und/oder im Abgasweg des Fahrzeugheizgeräts ein Verbrennungsgütesensor angeordnet ist; und daß eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, der das Signal des Ver­ brennungsgütesensors zugeführt wird und die unter Berücksichtigung dieses Signals das Verbrennungsluftgebläse und/oder die Brennstoff­ zuführeinrichtung regelt.

In der Vergangenheit hat man in Fahrzeugheizgeräte Verbrennungsluft­ gebläse und Brennstoffzuführeinrichtungen eingebaut, deren Volumen­ strom an Verbrennungsluft bzw. deren Fördermenge an Brennstoff einem Sollwert mit sinnvollem Toleranzfeld entsprach. Durch Toleranzüberschreitung oder durch Verschleiß konnte es jedoch dazu kommen, daß die Verbrennung des Brennstoffs in dem Heizgerät nicht mit der gewünschten Verbrennungsgüte abläuft.

Erfindungsgemäß wird hingegen die Verbrennungsgüte durch einen Sensor erfaßt; die Regeleinrichtung kann unter Berücksichtigung des Sensorsignals das Verbrennungsluftgebläse zur Änderung des abgegebe­ nen Volumenstroms und/oder die Brennstoffzuführeinrichtung zur Änderung der pro Zeiteinheit dem Heizgerät zugeführten Brennstoff­ menge regeln. Abweichungen der Bauteile des Heizgeräts von den Vorgaben oder Verschleißerscheinungen führen daher nicht mehr zu einer Verschlechterung der Verbrennungsgüte. Man kann sogar mit Bauteilen, z. B. einem Verbrennungsluftgebläse, arbeiten, die mit größerem Toleranzfeld gefertigt werden, weil die erfindungsgemäße Regeleinrichtung all dies ausgleicht.

Verbrennungsgütesensoren sind bekannt und am Mark erhältlich. Es können Verbrennungsgütesensoren eingesetzt werden, welche die unter­ schiedlichsten physikalischen Größen erfassen, insbesondere den CO₂- Gehalt im Abgas (besonders bevorzugt), den CO-Gehalt im Abgas, den Kohlenwasserstoff-Gehalt im Abgas oder den O₂-Gehalt im Abgas. Es können Verbrennungsgütesensoren eingesetzt werden, welche auf den unterschiedlichsten Arbeitsprinzipien beruhen, wobei als bevorzugt Infrarotsensoren, Wärmeleitfähigkeitssensoren, Lambda-Sonden genannt werden. Ein Abgastemperatursensor kann zusätzlich zu dem Ver­ brennungsgütesensor vorgesehen sein.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Regeleinrichtung eine elektrische Dosierpumpe für den Brennstoff regelt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeugheizgerät, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperatursensor für die Fahrzeug­ innentemperatur und/oder für die Außentemperatur vorgesehen ist; und daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, der das Signal des Tempera­ tursensors zugeführt wird und die unter Berücksichtigung dieses Signals den Betrieb des Fahrzeugheizgeräts steuert.

Dieses Fahrzeugheizgerät stellt einerseits eine bevorzugte Weiterbildung des zuvor beschriebenen Fahrzeugheizgeräts mit Regeleinrichtung und Verbrennungsgütesensor dar. So kann die Steuereinrichtung für den Betrieb des Fahrzeugheizgeräts mit der weiter vorn beschriebenen Regel­ einrichtung zusammengefaßt sein. Andererseits stellt das Fahrzeugheiz­ gerät gemäß dem weiteren Gegenstand der Erfindung eine eigenständige Erfindung dar, weil sie auch ohne die Merkinale des Anspruchs 1 der Anmeldung verwirklicht werden kann.

Vor dem Starten des Fahrzeugheizgeräts stellt das Signal des Tempera­ tursensors eine Näherungsinformation dafür dar, welche Wärmemenge insgesamt benötigt wird, um den Fahrzeuginnenraum auf eine bestimmte Temperatur zu erwärmen und/oder den Antriebs-Verbrennungsmotor des Fahrzeugs vor dem Start vorzuwärmen. Aus der benötigten Wärme­ menge läßt sich auch angenähert bestimmen, wie lange die Fahrzeug­ heizung betrieben werden muß, um eine sinnvolle Erwärmung zu leisten. Somit kann die erfindungsgemäße Steuereinrichtung für eine derartige errechnete Zeitdauer insbesondere vor dem beabsichtigten Zeitpunkt des Beginns der Fahrzeugbenutzung einschalten, daß sich eine Erwärmung des Fahrzeuginnenraums und/oder des Verbrennungsmotors in einem sinnvollen Ausmaß ergibt. Diese Steuerung ist wesentlich sinnvoller, brennstoffsparender und stromsparender als das bisher praktizierte Steuern mittels einer Zeitschaltuhr, in die der Benutzer eine willkürliche Vorheizzeit eingibt, die in der Praxis häufig sicherheitshalber zu lang gewählt wird.

In bevorzugter Weiterbildung hat die Steuereinrichtung - statt der oder zusätzlich zu der beschriebenen Zeitdauererrechnungs- und Einschalt­ funktion - die Funktion, daß sie unter Berücksichtigung des Signals des Temperatursensors für die Fahrzeuginnentemperatur das Fahrzeugheiz­ gerät zur Einhaltung eines Bereichs der Fahrzeuginnentemperatur ein- und ausschaltet und/oder in der Leistungsstufe umschaltet. Damit wird im Ergebnis eine Temperaturregelung des Fahrzeuginnenraums erreicht.

Vorzugsweise hat die Steuereinrichtung die Funktion, daß sie unter Berücksichtigung des Signals des Temperatursensors für die Fahrzeug­ innentemperatur das Gebläse zur Luftverteilung im Fahrzeuginnenraum in seiner Leistungsstufe umschaltet und/oder eine Umschaltung zwischen Umluftbetrieb und Frischluftbetrieb (in einer oder in zwei Richtungen) vornimmt. Je höher die Leistungsstufe des Gebläses geschaltet wird, desto mehr Wärme wird in den Fahrzeuginnenraum gebracht. Umluftbe­ trieb des Gebläses fördert eine rasche Erwärmung; andererseits ist die Luftqualität im Fahrzeuginnenraum besser und die Luft im Fahrzeug­ innenraum weniger feucht, wenn z. B. ab Erreichung einer bestimmten Fahrzeuginnentemperatur oder nach einer bestimmten Zeit von Umluft­ betrieb auf Frischluftbetrieb des Gebläses umgeschaltet worden ist.

Die erfindungsgemäßen Fahrzeugheizgeräte können als sogenannte Luft­ heizgeräte, welche die erzeugte Wärme über einen Wärmetauscher an einen Luftstrom abgeben, oder als sogenannte Wasserheizgeräte ausge­ bildet sein, welche die erzeugte Wärme über einen Wärmetauscher an einen Flüssigkeitskreislauf abgeben, der einen Flüssigkeit/Luft-Wärme­ tauscher zur Wärmeabgabe in den Fahrzeuginnenraum enthält und vor­ zugsweise auch durch den Antriebs-Verbrennungsmotor des Fahrzeugs, sofern ein solcher Motor vorhanden ist, führt. Das Fahrzeugheizgerät kann insbesondere zur Nutzung als Standheizgerät, d. h. ohne daß ein Antriebs-Verbrennungsmotor, sofern vorhanden, des Fahrzeugs in Betrieb ist, oder zur Nutzung als Zusatzheizgerät zur Lieferung von mehr Wärme, als sie der Antriebs-Verbrennungsmotor des Fahrzeugs zu der betrachteten Zeit liefern kann, vorgesehen sein.

Das Fahrzeugheizgerät ist vorzugsweise für Personenkraftwagen, Omni­ busse, Fahrerkabinen von Lastkraftwagen, Wohnwagen, Wohnmobile, Segelschiffe und Baumaschinen bestimmt.

Die Erfindung und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von teils schematisiert dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in schematisierter Ansicht ein Fahrzeugheizgerät, ausgebildet als Wasserheizgerät;

Fig. 2 im Längsschnitt einen Teil eines Fahrzeugheizgeräts, ausgebildet als Luftheizgerät;

Fig. 3 schematisiert die vordere Hälfte eines Personenkraftwagens von der Seite her bei herausgenommener Beifahrertür.

Fig. 1 soll veranschaulichen, welche Komponenten ein Fahrzeugheiz­ gerät 2 hat. Das Heizgerät 2 hat, insgesamt gesehen und grob ge­ sprochen, eine zylindrische Konfiguration. Im linken Bereich des Heiz­ geräts 2 befindet sich ein Verbrennungsluftgebläse 4. Dieses ist häufig als Seitenkanalgebläse ausgebildet und besteht im wesentlichen aus einem Elektromotor und einem Laufrad, welches mit einem stationären Ring­ bauteil zusammenwirkt. Das Gebläse 4 saugt bei 6 Luft aus der Umgebung an und liefert sie mit Überdruck als Verbrennungsluft in eine Brennkammer 8. Einer Brennkammerauskleidung aus porösem Material wird mittels einer Dosierpumpe 10 über eine Leitung 12 flüssiger Brenn­ stoff (Benzin oder Dieselöl) zugeführt. Der Brennstoff verdampft von der Brennkammerauskleidung, und das entstehende Brennstoff-Luft- Gemisch zündet entweder an der in der Brennkammer bereits vorhande­ nen Flamme oder wird beim Starten des Heizgeräts 2 mit einer nicht eingezeichneten Glühkerze in der Brennkammer gezündet. Aus der Brennkammer 8 strömen die heißen Gase unter Ausbrennen des Brenn­ stoffs durch ein axial fortsetzendes Flammrohr, werden nach Austritt aus dem Flammrohr um 180 Grad umgelenkt und verlassen schließlich das Heizgerät durch einen Abgasstutzen 16. Ein Abgas/Flüssigkeit- Wärmetauscher umgibt das Flammrohr 14 und zum Teil die Brenn­ kammer 8. Der Wärmetauscher 18 weist eine Innenwand 20, die ihn von dem von Verbrennungsgas durchströmten Raum trennt, und eine Außenwand 22 auf. Durch den Raum zwischen der Innenwand 20 und der Außenwand 22 strömt von einem Einlaßstutzen 24 zu einem Aus­ laßstutzen 26 ein flüssiger Wärmeträger, normalerweise Wasser-Frost­ schutzmittel-Gemisch. Die Strömung des Wärmeträgers wird durch eine nicht eingezeichnete Pumpe aufrechterhalten. Außerdem erkennt man, schematisiert dargestellt, eine Box 28, in der Bauteile zum Schalten, Steuern und/oder Regeln untergebracht sind.

Fig. 2 macht den Aufbau eines Heizgeräts noch konkreter deutlich, nun jedoch am Beispiel eines Luftheizgeräts und ohne detaillierte Darstellung des links in Fig. 2 angesetzt zu denkenden Verbrennungsluftgebläses. Die anhand von Fig. 1 beschriebenen Bauteile sind mit den entsprechen­ den Bezugszeichen versehen und werden hier nicht erneut beschrieben. Beim Wärmetauscher 18 fehlt die Außenwand. Statt dessen ist die Wärmetauschwand 20 außenseitig mit großflächigen Rippen 30 versehen, damit dort vorbeiströmende Luft erwärmt werden kann. Ferner ist ein nicht eingezeichnetes Heizluftgebläse vorhanden, das einen an dem Wärmetauscher außen vorbeiströmenden Luftstrom liefert, der sich dabei erwärmt.

In Fig. 2 ist ein Verbrennungsgütesensor 32, vorzugsweise ein Infrarot­ sensor eingezeichnet, der in den Abgasweg des Heizgeräts 2 hinter dem Austritt aus dem Flammrohr 14 ragt. Der Sensor 32 erfaßt vorzugsweise den CO₂-Gehalt des Abgases. Bei stöchiometrischem Brennstoff/Luft- Verhältnis und perfekter Verbrennung müßte ein CO₂-Gehalt von 14,4% gemessen werden. Bei Fahrzeugheizgeräten arbeitet man jedoch mit Verbrennung unter gewissem Luftüberschuß, und man weiß aus Ver­ suchen, in welchem Bereich des CO₂-Gehalts Verbrennung mit hoher Verbrennungsgüte stattfindet. Das Heizgerät 2 besitzt eine Regelein­ richtung 34, z. B. untergebracht in der Box 28 und ausgebildet als elektronischer Regler. Der Sensor 32 ist an die Regeleinrichtung 34 angeschlossen. Sobald auf Grund des Signals des Verbrennungsgüte­ sensors 32 sich abzeichnet, daß der Bereich hoher Verbrennungsgüte verlassen wird, wird die Dosierpumpe 10 auf höhere oder niedrigere Fördermenge geregelt und/oder das Verbrennungsluftgebläse 4 auf höheren oder niedrigeren Volumenstrom geregelt.

Der Verbrennungsgütesensor 32 kann auch an anderer Stelle eingebaut sein, insbesondere in das Flammrohr 14 ragend oder weiter hinten im Abgasweg z. B. in der Nähe des Abgasstutzens 16 oder in der Brennkammer 8 kurz vor dem Brennkammeraustritt, wie mit gestrichel­ ten Linien eingezeichnet.

Verbrennung mit hoher Verbrennungsgüte bedeutet zugleich geringen Gehalt an den unerwünschten Abgasbestandteilen CO und unverbrannten Kohlewasserstoffen sowie Wärmeerzeugung mit möglichst gutem Wirkungsgrad.

In Fig. 3 ist eingezeichnet, daß ein Fahrzeugheizgerät 2 irgendwo im Motorraum eines Personenkraftwagens 36 eingebaut und an den Kühl­ wasserkreislauf des nicht eingezeichneten Antriebs-Verbrennungsmotors des Fahrzeugs 36 angeschlossen ist. Im Bereich des Armaturenbretts 38 oder der Mittelkonsole des Fahrzeugs 36 ist ein Bedienteil 40 für das Heizgerät 2 eingebaut. Das Bedienteil 40 weist Schalter zum Ein- und Ausschalten des Heizgeräts 2 und eine Uhr auf, in die man über Tasten gewünschte Zeitpunkte eingeben kann. Außerdem ist an dem Bedienteil 40 ein schematisch eingezeichneter Temperatursensor 42 vorgesehen, der die Innentemperatur des Fahrzeugs 36 erfaßt. Das Bedienteil 40 ist elektrisch mit dem Heizgerät 2, z. B. der Box 28, verbunden.

Wenn der Besitzer des Fahrzeugs 36 zum Beispiel nach der abendlichen Heimfahrt sein Auto abstellt, kann er in die Uhr des Bedienteils 40 den Zeitpunkt der beabsichtigten Wegfahrt mit dem Fahrzeug 36 am nächsten Morgen eingeben, z. B. 7 : 30 Uhr. Eine Steuereinrichtung, die z. B. in dem Bedienteil 40 oder in der Box 28 untergebracht ist, errechnet nun unter Berücksichtigung der von dem Temperatursensor 42 ermittelten Temperatur von z. B. -8°C und unter Berücksichtigung einer einprogrammierten Wertezuordnung, daß eine Betriebsdauer von 18 min des Heizgeräts 2 ausreicht, um den Fahrzeuginnenraum auf behagliche Temperatur zu bringen, eventuelles Eis und eventuellen Schnee außen auf den Fahrzeugscheiben abzutauen und überdies den Antriebs-Ver­ brennungsmotor für einen problemlosen Start vorzuwärmen. Infolge­ dessen wird das Heizgerät 2 um 7 : 12 Uhr gestartet. Um 7 : 30 Uhr kann entweder ein Stillsetzen des Heizgeräts oder ein Weiterlaufenlassen für eine bestimmte Zeit oder bis zu einer entsprechenden Befehlseingabe durch den Fahrzeugbesitzer vorgesehen sein.

Die Funktion läuft ganz analog ab, wenn statt des Temperatursensors 42 für die Fahrzeuginnentemperatur ein Temperatursensor für die Außen­ temperatur vorgesehen ist.

Statt, wie beschrieben, die Betriebsdauer des Heizgeräts 2 durch die erfaßte Temperatur steuern zu lassen oder in Überlagerung hierzu kann man das Steuergerät mit der Funktion ausstatten, unter Berücksichtigung der jeweils aktuellen Fahrzeuginnentemperatur das Fahrzeugheizgerät ein- und auszuschalten und/oder in der Leistungsstufe umzuschalten und/oder das in dem Fahrzeug 36 vorgesehene Gebläse für die Luftver­ teilung in den Fahrzeuginnenraum in seiner Leistungsstufe umzuschalten und/oder eine Umschaltung zwischen Umluftbetrieb und Frischluftbetrieb vorzunehmen. Auf diese Weise kann man ein Erwärmen des Fahrzeug­ innenraums auf unnötig hohe Temperatur vermeiden oder günstige Fahr­ zeugerwärmungsprogramme fahren, z. B. zunächst Erwärmung auf nur etwas über Null Grad Celsius und erst kurz vor dem beabsichtigten Abfahrtszeitpunkt Erwärmung auf höhere Temperatur oder z. B. zunächst Erwärmung im Umluftbetrieb und erst kurz vor dem beabsichtigten Abfahrtszeitpunkt Umschalten auf Frischluftbetrieb. Mittels des Temperatursensors 42 und der Steuereinrichtung kann auch gesteuert werden, ob und vorzugsweise bis zu welcher Temperatur der Ver­ brennungsmotor mit Wärme zur Vorwärmung versehen werden soll.

Claims (10)

1. Fahrzeugheizgerät, aufweisend ein Verbrennungsluftgebläse (4) und eine Brennstoffzuführeinrichtung (10), dadurch gekennzeichnet, daß im Flammraum und/oder im Abgasweg des Fahrzeugheizgeräts (2) ein Verbrennungsgütesensor (32) angeordnet ist; und daß eine Regeleinrichtung (34) vorgesehen ist, der das Signal des Ver­ brennungsgütesensors (32) zugeführt wird und die unter Berück­ sichtigung dieses Signals das Verbrennungsluftgebläse (4) und/oder die Brennstoffzuführeinrichtung (10) regelt.

2. Fahrzeugheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsgütesensor (32) den CO₂-Gehalt des Abgases erfaßt.

3. Fahrzeugheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsgütesensor den O₂-Gehalt des Abgases erfaßt.

4. Fahrzeugheizgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Infrarotsensor, ein Wärmeleitfähigkeitssensor oder eine Lambda-Sonde vorgesehen ist.

5. Fahrzeugheizgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abgastemperatursensor vorgesehen ist.

6. Fahrzeugheizgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (34) eine elektrische Dosierpumpe (10) für den Brennstoff regelt.

7. Fahrzeugheizgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperatursensor (42) für die Fahrzeuginnentemperatur und/oder für die Außentemperatur vorgesehen ist; und daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, der das Signal des Temperatursen­ sors (42) zugeführt wird und die unter Berücksichtigung dieses Signals den Betrieb des Fahrzeugheizgeräts (2) steuert.

8. Fahrzeugheizgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereinrichtung eine Uhr zugeordnet ist, in die der Benutzer einen beabsichtigten Zeitpunkt für den Beginn der Fahr­ zeugbenutzung eingeben kann; und daß die Steuereinrichtung unter Berücksichtigung des Signals des Temperatursensors (42) das Fahr­ zeugheizgerät (2) eine bestimmte Zeitdauer vor dem Benutzungs­ beginn-Zeitpunkt einschaltet.

9. Fahrzeugheizgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung unter Berücksichtigung des Signals des Temperatursensors (42) für die Fahrzeuginnentemperatur das Fahr­ zeugheizgerät (2) zur Einhaltung eines Bereichs oder Fahrzeug­ innentemperatur ein- und ausschaltet und/oder in der Leistungsstufe umschaltet.

10. Fahrzeugheizgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung unter Berücksichtigung des Signals des Temperatursensors (42) für die Fahrzeuginnentemperatur das Ge­ bläse zur Luftverteilung im Fahrzeuginnenraum in seiner Leistungs­ stufe umschaltet und/oder eine Umschaltung zwischen Umluftbetrieb und Frischluftbetrieb vornimmt.