EP0413942A2 - Heating device - Google Patents
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- EP0413942A2 EP0413942A2 EP90113243A EP90113243A EP0413942A2 EP 0413942 A2 EP0413942 A2 EP 0413942A2 EP 90113243 A EP90113243 A EP 90113243A EP 90113243 A EP90113243 A EP 90113243A EP 0413942 A2 EP0413942 A2 EP 0413942A2
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- EP
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- combustion air
- control device
- motor
- heater according
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N1/00—Regulating fuel supply
- F23N1/02—Regulating fuel supply conjointly with air supply
- F23N1/022—Regulating fuel supply conjointly with air supply using electronic means
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N3/00—Regulating air supply or draught
- F23N3/08—Regulating air supply or draught by power-assisted systems
- F23N3/082—Regulating air supply or draught by power-assisted systems using electronic means
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N2233/00—Ventilators
- F23N2233/06—Ventilators at the air intake
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N2233/00—Ventilators
- F23N2233/06—Ventilators at the air intake
- F23N2233/08—Ventilators at the air intake with variable speed
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N2241/00—Applications
- F23N2241/14—Vehicle heating, the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
Definitions
- the invention relates to a heater, in particular a vehicle heater, which has an operating control device and a combustion air blower driven by a motor for conveying combustion air to a burner operated by fuel.
- DE-OS 36 39 172 discloses a method for operating a fuel-operated heating device and an arrangement for carrying out the method.
- a quantity control device for the combustion air can be provided, which can supply a changed quantity of combustion air to the burner in accordance with a changed quantity of fuel.
- the design is such that the maximum heat output that can be generated at the moment is regulated in accordance with the current operating state of the heater, for which purpose the load state or the temperature at appropriate points of the heater is taken as the decisive control variable.
- the respective control variables inevitably depend on the voltage applied to the drive units, such as the drive motor of the combustion air blower, which is generated in a vehicle heater, which is fed from the on-board voltage source, such as a battery can change due to on-board voltage fluctuations.
- the bearing friction of the drive motor, pressure losses at the burner and the back pressure generated by the exhaust gas each influence the variables to be controlled in such a vehicle heater.
- the heating power supplied by the heater is also subject to considerable fluctuations, which adversely affect the controllability of the heating power and the operating behavior of the heater.
- system-related fluctuations in speed of the The drive motor of the combustion air fan leads to changes in the quantity of combustion air supplied, so that the combustion conditions in the burner as a whole change.
- the invention aims to provide a heater, in particular a vehicle heater of the generic type, in which the controllability of the heating power can be improved, so that it is in particular independent of influences from external disturbances.
- the speed of the drive motor of the combustion air blower should be stabilized in order to obtain largely constant combustion values in the heaters of the generic type.
- a heater in particular a vehicle heater, with an operating control device and a combustion air blower driven by a motor for conveying combustion air to a fuel-operated burner is characterized in that such an electronic control device for the combustion air blower is provided that the heating power generated by the heater is independent of external disturbances, such as fluctuations in on-board voltage or the like.
- an electronic control device which stabilizes the voltages present on the controllable parts which are decisive for the operation of the heater, so that external disturbances, such as in particular voltage fluctuations in the board, bearing friction of the combustion air blower motor, pressure losses on the burner, back pressure generated by the exhaust gas or the like, have no disruptive influence and no changing influence on the heating power generated by the heater.
- the heater according to the invention is operated with a constant voltage, the heating power generated by the heater can be predetermined directly.
- the heating power generated can then also be varied in a corresponding manner, and it is even possible to continuously control the heating power that can be generated.
- the control device in the heater according to the invention preferably contains an actuator for a preset value for a motor voltage of the motor driving the combustion air fan.
- This default value can be a preselectable target motor voltage which can be set, for example, to a specific motor voltage independently of the on-board voltage source.
- the default value can also be derived from the operating control device, so that the default value can be made dependent on the actual control operation of the heater.
- the actuator is used to specify a selectable motor voltage.
- Bipolar transistors or power MOS-FETs field effect transistors have proven to be particularly suitable for the actuator, since they operate reliably and allow a small construction of the actuator.
- the actuator of the control device can either be clocked or controlled continuously in the heater according to the invention. With a clocked control, you get a low-loss change (control).
- control device has a constant hold circuit which controls the actuator in such a way that the motor voltage of the combustion air fan motor is constant.
- this constant-hold circuit the constant motor voltage of the combustion air blower motor is also used The speed of the combustion air blower motor is stabilized and kept constant, so that on-board voltage fluctuations have essentially no influence on the quantity of combustion air supplied by the combustion air blower.
- the control device is preferably formed by a closed control loop with feedback.
- the control device can also be designed as an open control circuit.
- Another expedient embodiment of the heater according to the invention is characterized in that the control device for the combustion air fan regulates system-related load changes, such as engine bearing friction, pressure ratios on the combustion air fan driven thereby or the like. As a result of this regulation, the heater can be operated with regard to the output largely independently of those variables which are related to the device-specific peculiarities.
- the control device is advantageously designed such that the electromotive force (EMF) of the combustion air blower motor is regulated to a desired value.
- EMF electromotive force
- the electromotive force in the control-free state of the combustion air blower motor can be measured as an actual variable and regulated to the specified setpoint. With such a regulation it can be achieved that the combustion air fan can be operated at a voltage-independent, constant speed.
- the actual variable for the electromotive force is preferably obtained as the difference between the motor voltage and the measurement voltage obtained in the control-free state of the combustion air blower motor. For example, this controls the combustion air blower motor at a clock rate of approximately 50 Hz, determines the measurement voltage in the control-free state of the combustion air blower motor, and thereby determines the actual value for the electromotive force, and then the control takes place on the Setpoint for the electromotive force. Since the actual operating conditions of the engine can be taken into account by the measurement voltage of the combustion air blower motor carried out in this case in its trigger-free state, an automatic control for stabilizing the speed of the combustion air blower motor can hereby be provided.
- the control device for the combustion air blower preferably contains a controller connected upstream of the combustion air blower motor, which controls the combustion air blower motor via a pulse width modulation circuit, and a setpoint-actual-value link to which the actual value for the electromotive force is determined via the speed of the same.
- the stabilization of the combustion air blower motor voltage in particular also ensures that the heater components, such as burners, heat exchangers, combustion air blowers, fuel delivery devices and the like, can be matched to a respectively desired operating voltage, thereby producing manufacturing advantages and also controllable and almost constant operating behaviors of the heater.
- the heater which is in particular a vehicle heater, is designed such that the electronic control device for the combustion air blower is designed such that the heater is at least during part of the load operation area or parts, such as full load and part load provides heating power that is essentially independent of disturbance variables.
- the electronic control device can therefore be designed such that it is only at least partially effective in the full-load operating range and is only effective from an on-board voltage fluctuation limit of approximately 13.5 volts.
- the electronic control device which is essential according to the invention it has proven to be expedient for the electronic control device which is essential according to the invention to be effective overall, so that, for example, the heating power supplied by the heater is essentially independent of on-board voltage fluctuations.
- combinations of the corresponding forms of training of the electronic control device, based on the load operating ranges of the heater are also covered by the scope of protection.
- a heater is schematically indicated at 1, which has a combustion air blower motor 2, which drives a combustion air blower of the heater 1, not shown, in order to convey combustion air to a fuel-operated burner of the heater 1.
- An electronic control device for the combustion air blower motor 2 is denoted overall by 3.
- the respective on-board voltage which is supplied, for example, by the vehicle's own battery, is present at the inputs of the electronic control device 3. Depending on the vehicle type, this voltage can be between 10 and 15 V or between 20 and 30 V.
- the combustion air blower motor 2 is connected to the outputs of the electronic control device 3.
- the electronic control device 3 contains a controller 4, a converter 5 and an actuator 6, one output of which is connected to the output of the electronic control device 3.
- the actuator 6 is driven clocked.
- the actuator 6 can be formed by a bipolar transistor or a power MOS FET (field effect transistor).
- the on-board voltage is present on the controller 4, on the one hand, and on the other hand, a desired variable is specified in the form of a preset value for a motor voltage of the combustion air blower motor 2.
- This default value can be a selectable target motor voltage, or the default value can also be derived and determined from the operating control device of the heater 1.
- this electronic control device 3 it is achieved that the motor voltage at the combustion air blower motor 2 is kept constant, so that a constant rotational speed of the associated combustion air blower is obtained.
- the electronic control device 3 can contain a constant-hold circuit which controls the actuator 6 in such a way that the motor voltage of the combustion air blower motor 2 is kept constant.
- the design of the electronic control device 3 'in Fig. 2 differs from that shown in Fig.1 essentially in that it is implemented as a closed control loop with feedback.
- the combustion air blower motor 10 is driven in a clocked manner at a frequency of, for example, 50 Hz, and when the combustion air blower motor 10 is in the uncontrolled state, a voltage measurement is carried out on the same.
- U EMK IST U B - U meas
- U EMK IST the actual value of the voltage assigned to the electromotive force
- U B is the on-board voltage
- U Meß is the measuring voltage
- the measurement results obtained in the measurement according to FIG. 3 are then processed in such a way that the actual value of the electromotive force U EMK IST is regulated to a correspondingly predetermined setpoint U EMK Soll .
- 4 comprises a controller 12 which is connected to the combustion air fan motor 10 via a pulse width modulation circuit 13.
- the controller 12 is preceded by a target / actual value logic element 14, which represents a logic point for the feedback.
- an actual value for the electromotive force U EMK IST is determined via the basic relationship of electromotive force and the speed explained above, and a comparison is made on the link 14 with the preset value U EMK Soll given as the setpoint depending on From the comparison result determined in the link 14, the controller 5 then effects a corresponding tracking of the motor voltage present at the combustion air blower motor 10 via the pulse width modulation circuit 13.
- the speed n of the combustion air blower motor 10 is kept constant regardless of the voltage, so that a stabilized speed n of the combustion air blower motor 10 is obtained.
- the electronic control device for the combustion air blower can be designed such that the heater supplies heating power which is essentially independent of on-board voltage fluctuations as a disturbance variable, only in a part of the load operating range or areas of the heater.
- the electronic control device is expediently effective as a whole in the part-load operating range of the heater, while it is only at least partially active in the full-load operating range, so that on-board voltage fluctuations kept within certain limits can be permitted.
- combinations of the alternative solutions according to the invention can also be provided, so that the heater can be adapted to the respective desired requirements with regard to its heating output to be supplied.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Heizgerät, insbesondere ein Fahrzeugheizgerät, das eine Betriebssteuereinrichtung und ein über einen Motor angetriebenes Brennluftgebläse zur Brennluftförderung zu einem mittels Brennstoff betriebenen Brenner hat.The invention relates to a heater, in particular a vehicle heater, which has an operating control device and a combustion air blower driven by a motor for conveying combustion air to a burner operated by fuel.
Aus DE-OS 36 39 172 sind ein Verfahren zum Betreiben eines brennstoffbetriebenen Heizgeräts und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens bekannt. Hierbei kann eine Mengenregeleinrichtung für die Brennluft vorgesehen sein, welche eine geänderte Brennluftmenge dem Brenner entsprechend einer geänderten Brennstoffmenge zuführen kann. Die Auslegung ist derart getroffen, daß die momentan maximal erzeugbare Heizleistung nach Maßgabe des momentanen Betriebszustandes des Heizgeräts geregelt wird, wozu als maßgebende Regelgröße der Belastungszustand bzw. die Temperatur an entsprechenden Stellen des Heizgeräts genommen wird. Trotz der Regelbarkeit der Brennluftmenge und der Heizleistung des Heizgeräts hängen die jeweiligen Regelgrößen zwangsläufig von der an den Antriebsaggregaten, wie dem Antriebsmotor des Brennluftgebläses, anliegenden Spannung ab, die sich bei einem Fahrzeugheizgerät, das aus der Bordspannungsquelle, wie einer Batterie, gespeist wird, insbesondere durch Bordspannungsschwankungen ändern kann. Auch beeinflussen die Lagerreibung des Antriebsmotors, Druckverluste am Brenner und der vom Abgas erzeugte Gegendruck jeweils die zu regelnden Größen bei einem solchen Fahrzeugheizgerät. Somit ist auch die vom Heizgerät gelieferte Heizleistung erheblichen Schwankungen unterworfen, welche die Regelbarkeit der Heizleistung und das Betriebsverhalten des Heizgeräts nachteilig beeinflussen. Insbesondere systembedingte Drehzahlschwankungen des Antriebsmotors des Brennluftgebläses führen zu Veränderungen der zugeführten Brennluftmenge, so daß sich die Brennbedingungen im Brenner insgesamt ändern.DE-OS 36 39 172 discloses a method for operating a fuel-operated heating device and an arrangement for carrying out the method. Here, a quantity control device for the combustion air can be provided, which can supply a changed quantity of combustion air to the burner in accordance with a changed quantity of fuel. The design is such that the maximum heat output that can be generated at the moment is regulated in accordance with the current operating state of the heater, for which purpose the load state or the temperature at appropriate points of the heater is taken as the decisive control variable. Despite the controllability of the amount of combustion air and the heating power of the heater, the respective control variables inevitably depend on the voltage applied to the drive units, such as the drive motor of the combustion air blower, which is generated in a vehicle heater, which is fed from the on-board voltage source, such as a battery can change due to on-board voltage fluctuations. The bearing friction of the drive motor, pressure losses at the burner and the back pressure generated by the exhaust gas each influence the variables to be controlled in such a vehicle heater. Thus, the heating power supplied by the heater is also subject to considerable fluctuations, which adversely affect the controllability of the heating power and the operating behavior of the heater. In particular system-related fluctuations in speed of the The drive motor of the combustion air fan leads to changes in the quantity of combustion air supplied, so that the combustion conditions in the burner as a whole change.
Die Erfindung zielt darauf ab, ein Heizgerät, insbesondere ein Fahrzeugheizgerät, der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, bei welchem sich die Regelbarkeit der Heizleistung verbessern läßt, so daß diese insbesondere unabhängig von Beeinflussungen durch äußere Störgrößen ist. Insbesondere soll eine Stabilisierung der Drehzahl des Antriebsmotors des Brennluftgebläses erzielt werden, um weitgehend konstante Verbrennungswerte bei den Heizgeräten der gattungsgemäßen Art zu erhalten.The invention aims to provide a heater, in particular a vehicle heater of the generic type, in which the controllability of the heating power can be improved, so that it is in particular independent of influences from external disturbances. In particular, the speed of the drive motor of the combustion air blower should be stabilized in order to obtain largely constant combustion values in the heaters of the generic type.
Nach der Erfindung zeichnet sich ein Heizgerät, insbesondere ein Fahrzeugheizgerät, mit einer Betriebssteuereinrichtung und einem über einen Motor angetriebenen Brennluftgebläse zur Brennluftförderung zu einem mittels Brennstoff betriebenen Brenner dadurch aus, daß eine derartige elektronische Ansteuereinrichtung für das Brennluftgebläse vorgesehen ist, daß die vom Heizgerät erzeugte Heizleistung unabhängig von äußeren Störgrößen, wie Bordspannungsschwankungen oder dergleichen, ist.According to the invention, a heater, in particular a vehicle heater, with an operating control device and a combustion air blower driven by a motor for conveying combustion air to a fuel-operated burner is characterized in that such an electronic control device for the combustion air blower is provided that the heating power generated by the heater is independent of external disturbances, such as fluctuations in on-board voltage or the like.
Bei dem erfindungsgemäßen Heizgerät wird somit eine elektronische Ansteuereinrichtung vorgesehen, welche die anliegenden Spannungen an den ansteuerbaren, für den Betrieb des Heizgeräts maßgeblichen Teilen systemintern stabilisiert, so daß äußere Störgrößen, wie insbesondere Bordspannungsschwankungen, Lagerreibungen des Brennluftgebläsemotors, Druckverluste am Brenner, vom Abgas erzeugter Gegendruck oder dergleichen, keinen störenden Einfluß und keinen verändernden Einfluß auf die vom Heizgerät erzeugte Heizleistung haben. Da das Heizgerät nach der Erfindung mit einer gleichbleibenden Spannung betrieben wird, ist die vom Heizgerät erzeugte Heizleistung unmittelbar vorbestimmbar. Durch eine entsprechende Regelung der Spannung, insbesondere der Motorspannung des Brennluftge bläseantriebsmotors, kann dann auch in entsprechender Weise die erzeugte Heizleistung variiert werden, und es ist sogar eine kontinuierliche Regelung der erzeugbaren Heizleistung möglich.In the heater according to the invention, an electronic control device is thus provided which stabilizes the voltages present on the controllable parts which are decisive for the operation of the heater, so that external disturbances, such as in particular voltage fluctuations in the board, bearing friction of the combustion air blower motor, pressure losses on the burner, back pressure generated by the exhaust gas or the like, have no disruptive influence and no changing influence on the heating power generated by the heater. Since the heater according to the invention is operated with a constant voltage, the heating power generated by the heater can be predetermined directly. By appropriate regulation of the voltage, in particular the motor voltage of the Brennluftge blower drive motor, the heating power generated can then also be varied in a corresponding manner, and it is even possible to continuously control the heating power that can be generated.
Vorzugsweise enthält die Ansteuereinrichtung beim erfindungsgemäßen Heizgerät ein Stellglied für einen Vorgabewert für eine Motorspannung des das Brennluftgebläse antreibenden Motors. Dieser Vorgabewert kann eine vorwählbare Soll-Motorspannung sein, welche beispielsweise auf eine bestimmte Motorspannung unabhängig von der Bordspannungsquelle einstellbar ist.The control device in the heater according to the invention preferably contains an actuator for a preset value for a motor voltage of the motor driving the combustion air fan. This default value can be a preselectable target motor voltage which can be set, for example, to a specific motor voltage independently of the on-board voltage source.
Alternativ kann der Vorgabewert auch aus der Betriebssteuereinrichtung abgeleitet werden, so daß der Vorgabewert von dem tatsächlichen Steuerungsbetrieb des Heizgeräts abhängig gemacht werden kann.Alternatively, the default value can also be derived from the operating control device, so that the default value can be made dependent on the actual control operation of the heater.
In beiden Fällen wird erzielt, daß das Stellglied zur Vorgabe einer wählbaren Motorspannung dient.In both cases it is achieved that the actuator is used to specify a selectable motor voltage.
Als besonders geeignet für das Stellglied haben sich Bipolar-Transistoren oder Leistungs-MOS-FET (Feldeffekttransistoren) erwiesen, da diese betriebszuverlässig arbeiten und eine Kleinbauweise des Stellglieds gestatten.Bipolar transistors or power MOS-FETs (field effect transistors) have proven to be particularly suitable for the actuator, since they operate reliably and allow a small construction of the actuator.
Das Stellglied der Ansteuereinrichtung kann beim erfindungsgemäßen Heizgerät entweder getaktet oder kontinuierlich angesteuert werden. Bei einer getakteten Ansteuerung erhält man eine verlustleistungsarme Änderung (Regelung).The actuator of the control device can either be clocked or controlled continuously in the heater according to the invention. With a clocked control, you get a low-loss change (control).
Ferner weist die Ansteuereinrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltungs form nach der Erfindung eine Konstanthalteschaltung auf, welche das Stellglied derart ansteuert, daß die Motorspannung des Brennluftgebläsemotors konstant ist. Durch diese Konstanthalteschaltung wird über die konstante Motorspannung des Brennluftgebläsemotors auch die Drehzahl des Brennluftgebläsemotors stabilisiert und konstant gehalten, so daß auf die vom Brennluftgebläse gelieferte Brennluftmenge Bordspannungsschwankungen im wesentlichen keinen Einfluß haben.Furthermore, the control device according to a further embodiment according to the invention has a constant hold circuit which controls the actuator in such a way that the motor voltage of the combustion air fan motor is constant. With this constant-hold circuit, the constant motor voltage of the combustion air blower motor is also used The speed of the combustion air blower motor is stabilized and kept constant, so that on-board voltage fluctuations have essentially no influence on the quantity of combustion air supplied by the combustion air blower.
Vorzugsweise wird die Ansteuereinrichtung von einem geschlossenen Regelkreis mit Rückführung gebildet. Alternativ kann die Ansteuereinrichtung auch als ein offener Steuerkreis ausgebildet sein.The control device is preferably formed by a closed control loop with feedback. Alternatively, the control device can also be designed as an open control circuit.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltungs form des Heizgeräts nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Ansteuereinrichtung für das Brennluftgebläse systembedingte Laständerungen, wie Motorlagerreibung, Druckverhältnisse am hierdurch angetriebenen Brennluftgebläse oder dergleichen, ausregelt. Durch diese Ausregelung kann das Heizgerät hinsichtlich der Leistung weitgehend unabhängig von solchen Größen betrieben werden, die mit den gerätespezifischen Besonderheiten zusammenhängen.Another expedient embodiment of the heater according to the invention is characterized in that the control device for the combustion air fan regulates system-related load changes, such as engine bearing friction, pressure ratios on the combustion air fan driven thereby or the like. As a result of this regulation, the heater can be operated with regard to the output largely independently of those variables which are related to the device-specific peculiarities.
In vorteilhafter Weise ist die Ansteuereinrichtung derart ausgelegt, daß die elektromotorische Kraft (EMK) des Brennluftgebläsemotors auf einen Sollwert geregelt wird. Hierzu kann die elektromotorische Kraft im ansteuerfreien Zustand des Brennluftgebläsemotors als Istgröße gemessen und auf den vorgegebenen Sollwert geregelt werden. Bei einer solchen Regelung kann erreicht werden, daß das Brennluftgebläse mit einer spannungsunabhängigen, konstanten Drehzahl betreibbar ist.The control device is advantageously designed such that the electromotive force (EMF) of the combustion air blower motor is regulated to a desired value. For this purpose, the electromotive force in the control-free state of the combustion air blower motor can be measured as an actual variable and regulated to the specified setpoint. With such a regulation it can be achieved that the combustion air fan can be operated at a voltage-independent, constant speed.
Vorzugsweise erhält man die Istgröße für die elektromotorische Kraft als Differenz aus der Motorspannung und der im ansteuerfreien Zustand des Brennluftgebläsemotors erhaltenen Meßspannung. Beispielsweise wird hierdurch der Brennluftgebläsemotor mit einer Taktung von etwa 50 Hz angesteuert, im ansteuerfreien Zustand des Brennluftgebläsemotors die Meßspannung ermittelt und hierdurch der Istwert für die elektromotorische Kraft bestimmt, und dann erfolgt die Regelung auf den Sollwert für die elektromotorische Kraft. Da durch die hierbei jeweils vorgenommene Messung der Meßspannung des Brennluftgebläsemotors in seinem ansteuerfreien Zustand die tatsächlichen Betriebsverhältnisse des Motors berücksichtigt werden können, kann hierdurch eine selbsttätige Regelung zur Stabilisierung der Drehzahl des Brennluftgebläsemotors bereitgestellt werden.The actual variable for the electromotive force is preferably obtained as the difference between the motor voltage and the measurement voltage obtained in the control-free state of the combustion air blower motor. For example, this controls the combustion air blower motor at a clock rate of approximately 50 Hz, determines the measurement voltage in the control-free state of the combustion air blower motor, and thereby determines the actual value for the electromotive force, and then the control takes place on the Setpoint for the electromotive force. Since the actual operating conditions of the engine can be taken into account by the measurement voltage of the combustion air blower motor carried out in this case in its trigger-free state, an automatic control for stabilizing the speed of the combustion air blower motor can hereby be provided.
Vorzugsweise enthält die Ansteuereinrichtung für das Brennluftgebläse einen dem Brennluftgebläsemotor vorgeschalteten Regler, der den Brennluftgebläsemotor über eine Pulsweitenmodulationsschaltung ansteuert, und ein Soll-Ist-Wert-Verknüpfungsglied, dem der Istwert für die elektromotorische Kraft über die Drehzahl desselben ermittelt, zugeleitet wird.The control device for the combustion air blower preferably contains a controller connected upstream of the combustion air blower motor, which controls the combustion air blower motor via a pulse width modulation circuit, and a setpoint-actual-value link to which the actual value for the electromotive force is determined via the speed of the same.
Bei der erfindungsgemäßen Auslegung des Heizgeräts wird durch die Stabilisierung der Brennluftgebläsemotorspannung insbesondere auch erreicht, daß die Heizgerätekomponenten, wie Brenner, Wärmetauscher, Brennluftgebläse, Brennstoffördereinrichtung und dergleichen auf eine jeweils gewünschte Betriebsspannung abgestimmt werden können, wodurch man herstellungstechnische Vorteile und auch beherrschbare und nahezu gleichbleibende Betriebsverhaltensweisen des Heizgeräts erhält.
Gemäß einer alternativen Auslegungsform ist das Heizgerät, bei dem es sich insbesondere um ein Fahrzeugheizgerät handelt, derart beschaffen, daß die elektronische Ansteuereinrichtung für das Brennluftgebläse so beschaffen ist, daß das Heizgerät wenigstens während eines Teils des oder der Lastbetriebsbereiche, wie Vollast und Teillast, eine von Störgrößen im wesentlichen unabhängige Heizleistung liefert. So hat es sich beispielsweise gezeigt, daß es in Abhängigkeit von dem wirtschaftlich zu vertretenden Aufwand für die elektronische Ansteuerung es ausreichend sein kann, beispielsweise im Vollastbetriebsbereich noch gewisse Bordspannungsschwankungen zuzulassen. Bei einer Bordspannung von beispielsweise 12 Volt kann man beispielsweise noch Spannungen bis zu etwa 13,5 Volt im Schwankungsbereich zulassen.In the design of the heater according to the invention, the stabilization of the combustion air blower motor voltage in particular also ensures that the heater components, such as burners, heat exchangers, combustion air blowers, fuel delivery devices and the like, can be matched to a respectively desired operating voltage, thereby producing manufacturing advantages and also controllable and almost constant operating behaviors of the heater.
According to an alternative design, the heater, which is in particular a vehicle heater, is designed such that the electronic control device for the combustion air blower is designed such that the heater is at least during part of the load operation area or parts, such as full load and part load provides heating power that is essentially independent of disturbance variables. It has been shown, for example, that depending on the economically justifiable expense for electronic control, it may be sufficient to allow certain on-board voltage fluctuations, for example, in the full-load operating range. With an on-board voltage of 12 volts, for example, voltages up to about 13.5 volts in the fluctuation range can still be permitted.
Insbesondere kann daher die elektronische Ansteuereinrichtung derart ausgelegt werden, daß sie im Vollastbetriebsbereich nur wenigstens teilweise wirksam ist und erst ab einer Bordspannungsschwankungsgrenze von etwa 13,5 Volt wirksam wird. Im Teillastbetriebsbereich jedoch hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß die nach der Erfindung wesentliche elektronische Ansteuereinrichtung insgesamt wirksam ist, so daß dort beispielsweise die vom Heizgerät gelieferte Heizleistung im wesentlichen unabhängig von Bordspannungsschwankungen ist. Natürlich sind auch Kombinationen der entsprechenden Ausbildungsformen der elektronischen Ansteuereinrichtung, bezogen auf die Lastbetriebsbereiche des Heizgeräts, mit vom Schutzumfang erfaßt.In particular, the electronic control device can therefore be designed such that it is only at least partially effective in the full-load operating range and is only effective from an on-board voltage fluctuation limit of approximately 13.5 volts. In the part-load operating range, however, it has proven to be expedient for the electronic control device which is essential according to the invention to be effective overall, so that, for example, the heating power supplied by the heater is essentially independent of on-board voltage fluctuations. Of course, combinations of the corresponding forms of training of the electronic control device, based on the load operating ranges of the heater, are also covered by the scope of protection.
Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
- Fig. 1 einen Schaltplan einer Ansteuereinrichtung für ein Heizgerät in Form eines offenen Steuerkreises,
- Fig. 2 einen schematischen Schaltplan einer Ausführungsform der Ansteuereinrichtung, welche in Form eines geschlossenen Regelkreises mit Rückführung ausgelegt ist,
- Fig. 3 eine Meßschaltung für die Motorspannung des Brennluftgebläsemotors und ein Diagramm zur Verdeutlichung der Meßwertergebnisermittlung, und
- Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Regelkreises zur spannungsunabhängigen Stabilisierung der Drehzahl eines Brennluftgebläses.
- 1 is a circuit diagram of a control device for a heater in the form of an open control circuit,
- 2 shows a schematic circuit diagram of an embodiment of the control device, which is designed in the form of a closed control loop with feedback,
- 3 shows a measuring circuit for the motor voltage of the combustion air blower motor and a diagram to clarify the determination of the measured value results, and
- Fig. 4 is a block diagram of a control circuit for voltage-independent stabilization of the speed of a combustion air fan.
In den Fig. 1 und 2 sind gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.1 and 2, the same or similar parts are provided with the same reference numerals.
Anhand diesen Fig. 1 und 2 werden zwei Ausführungsvarianten einer elektronischen Ansteuereinrichtung für ein Heizgerät verdeutlicht.1 and 2 two embodiment variants of an electronic control device for a heater are illustrated.
In Fig. 1 ist schematisch mit 1 ein Heizgerät angedeutet, das einen Brennluftgebläsemotor 2 hat, welcher ein nicht näher dargestelltes Brennluftgebläse des Heizgeräts 1 antreibt, um Brennluft zu einem mittels Brennstoff betriebenen Brenner des Heizgeräts 1 zu fördern. Eine elektronische Ansteuereinrichtung für den Brennluftgebläsemotor 2 ist insgesamt mit 3 bezeichnet. An den Eingängen der elektronischen Ansteuereinrichtung 3 liegt die jeweilige Bordspannung an, die beispielsweise von der fahrzeugeigenen Batterie geliefert wird. In Abhängigkeit von dem Fahrzeugtyp kann diese Spannung zwischen 10 und 15 V oder zwischen 20 und 30 V liegen. Mit den Ausgängen der elektronischen Ansteuereinrichtung 3 ist der Brennluftgebläsemotor 2 verbunden. Die elektronische Ansteuereinrichtung 3 enthält einen Regler 4, einen Wandler 5 und ein Stellglied 6, dessen einer Ausgang mit dem Ausgang der elektronischen Ansteuereinrichtung 3 verbunden ist. Das Stellglied 6 ist hierbei getaktet angesteuert. Das Stellglied 6 kann von einem Bipolar-Transistor oder einem Leistungs-MOS-FET (Feldeffekttransistor) gebildet werden. Am Regler 4 liegt einerseits die Bordspannung an und andererseits wird eine Sollgröße in Form eines Vorgabewertes für eine Motorspannung des Brennluftgebläsemotors 2 vorgegeben. Dieser Vorgabewert kann eine wählbare Soll-Motorspannung sein, oder der Vorgabewert kann auch aus der Betriebssteuereinrichtung des Heizgeräts 1 abgeleitet und ermittelt werden.In Fig. 1, a heater is schematically indicated at 1, which has a combustion
Mit Hilfe dieser elektronischen Ansteuereinrichtung 3 wird erreicht, daß die Motorspannung am Brennluftgebläsemotor 2 konstant gehalten wird, so daß man eine konstante Drehzahl des zugeordneten Brennluftgebläses erhält.With the help of this
Ferner kann die elektronische Ansteuereinrichtung 3 eine Konstanthalteschaltung enthalten, welche das Stellglied 6 derart ansteuert, daß die Motorspannung des Brennluftgebläsemotors 2 konstant gehalten wird.Furthermore, the
Die Auslegung der elektronischen Ansteuereinrichtung 3′ in Fig. 2 unterscheidet sich von der in Fig.1 dargestellten im wesentlichen dadurch, daß sie als geschlossener Regelkreis mit Rückführung verwirklicht ist.The design of the electronic control device 3 'in Fig. 2 differs from that shown in Fig.1 essentially in that it is implemented as a closed control loop with feedback.
Anhand den Fig. 3 und 4 wird eine alternative Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Heizgeräts näher erläutert, bei der die elektromotorische Kraft eines Brennluftgebläsemotors 10 zur Stabilisierung seiner Drehzahl so geregelt wird, daß man eine spannungsunabhängige konstante Drehzahl des Brennluftgebläsemotors 10 erhält. Diese Regelung der elektromotorischen Kraft beruht auf folgender Grundgleichung:
UEMK = c x Φ x n,
wobei c eine Motorkonstante ist, Φ den magnetischen Fluß und n die Drehzahl bezeichnet.3 and 4, an alternative embodiment of the heater according to the invention is explained in more detail, in which the electromotive force of a combustion
U EMF = cx Φ xn,
where c is a motor constant, Φ denotes the magnetic flux and n the speed.
Bei dem Schaltschild nach Fig. 3 wird der Brennluftgebläsemotor 10 mit einer Frequenz von beispielsweise 50 Hz getaktet angesteuert, und im ansteuerfreien Zustand des Brennluftgebläsemotors 10 erfolgt eine Spannungsmessung an demselben.3, the combustion
Wie aus dem Spannungszeitdiagramm der Fig. 3 zu erkennen ist, wird während der Periode T eine Meßspannung UMeß mit Hilfe von geeigneten Einrichtungen im ansteuerfreien Zustand des Brennluftgebläsemotors 10 erfaßt.As can be seen from the voltage-time diagram of FIG. 3, during the period T, a measuring voltage U Mess is detected with the aid of suitable devices in the control-free state of the combustion
Hieraus wird der Istwert für die elektromotorische Kraft UEMK IST gemäß folgender Gleichung ermittelt:
UEMK IST = UB - UMeß
wobei mit UEMK IST der Istwert der der elektromotorischen Kraft zugeordneten Spannung, mit UB die Bordspannung und mit UMeß die Meßspannung bezeichnet ist.From this, the actual value for the electromotive force U EMK IST is determined according to the following equation:
U EMK IST = U B - U meas
where U EMK IST is the actual value of the voltage assigned to the electromotive force, U B is the on-board voltage and U Meß is the measuring voltage.
Mit Hilfe der in Fig. 4 gezeigten schematischen Ausführungsform einer elektronischen Ansteuereinrichtung 11 werden dann die bei der Messung nach Fig. 3 erhaltenen Meßergebnisse so verarbeitet, daß der Istwert der elektromotorischen Kraft UEMK IST auf einen entsprechend vorgegebenen Sollwert UEMK Soll geregelt. Die elektronische Ansteuereinrichtung 11 nach Fig. 4 umfaßt einen Regler 12, der über eine Pulsweitenmodulationsschaltung 13 mit dem Brennluftgebläsemotor 10 verbunden ist. Dem Regler 12 ist ein Soll-Ist-Wert-Verknüpfungsglied 14 vorgeschaltet, das eine Verknüpfungsstelle für die Rückführung darstellt. Unter Berücksichtigung der Drehzahl n des Brennluftgebläsemotors 10 wird über die voranstehend erläuterte Grundbeziehung von elektromotorischer Kraft und der Drehzahl ein Istwert für die elektromotorische Kraft UEMK IST ermittelt, und an dem Verknüpfungsglied 14 erfolgt ein Vergleich mit der als Sollwert vorgegebenen Vorgabegröße UEMK Soll in Abhängigkeit von dem im Verknüpfungsglied 14 ermittelten Vergleichsergebnis bewirkt dann der Regler 5 über die Pulsweitenmodulationsschaltung 13 eine entsprechende Nachführung der am Brennluftgebläsemotor 10 anliegenden Motorspannung. Mit Hilfe dieser elektronischen Ansteuereinrichtung 11 wird die Drehzahl n des Brennluftgebläsemotors 10 spannungsunabhängig konstant gehalten, so daß man eine stabilisierte Drehzahl n des Brennluftgebläsemotors 10 erhält.With the aid of the schematic embodiment of an
Durch die entsprechend Fig. 3 erläuterte Ermittlung der Meßspannung UMeß können Einflußgrößen, wie Lagerreibung des Brennluftgebläsemotors 10, Druckverluste am Brenner, durch Abgas des Heizgeräts 1 erzeugter Gegendruck oder dergleichen so berücksichtigt werden, daß diese Größen im wesentlichen keinen Einfluß auf die Drehzahl des Brennluftgebläsemotors 10 haben, d. h. daß diese Größen derart mit Hilfe der elektronischen Ansteuereinrichtung 11 abgeglichen werden, daß man unabhängig von derartigen Schwankungen eine konstante Drehzahl n als Ausgangsgröße des Brennluftgebläsemotors 10 erhält.By determining the measuring voltage U Mess as explained in FIG. 3, influencing variables such as bearing friction of the combustion
Obgleich nicht näher dargestellt ist, kann die elektronische Ansteuereinrichtung für das Brennluftgebläse so beschaffen sein, daß das Heizgerät eine insbesondere von Bordspannungsschwankungen als Störgröße im wesentlichen unabhängige Heizleistung nur in einem Teil des oder der Lastbetriebsbereiche des Heizgeräts liefert. Zweckmäßigerweise ist die elektronische Ansteuereinrichtung im Teillastbetriebsbereich des Heizgeräts insgesamt wirksam, während sie im Vollastbetriebsbereich nur wenigstens teilweise wirksam ist, so daß dort in gewissen Grenzen gehaltene Bordspannungsschwankungen zugelassen werden können. Je nach gewinschtem Aufwand für eine derartige elektronische Ansteuereinrichtung kann man auch Kombinationen der alternativen Lösungen nach der Erfindung vorsehen, so daß man das Heizgerät hinsichtlich seiner zu liefernden Heizleistung an die jeweils gewünschten Erfordernisse anpassen kann.Although not shown in more detail, the electronic control device for the combustion air blower can be designed such that the heater supplies heating power which is essentially independent of on-board voltage fluctuations as a disturbance variable, only in a part of the load operating range or areas of the heater. The electronic control device is expediently effective as a whole in the part-load operating range of the heater, while it is only at least partially active in the full-load operating range, so that on-board voltage fluctuations kept within certain limits can be permitted. Depending on the amount of effort required for such an electronic control device, combinations of the alternative solutions according to the invention can also be provided, so that the heater can be adapted to the respective desired requirements with regard to its heating output to be supplied.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Einzelheiten der bevorzugten Ausführungs form beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.Of course, the invention is not limited to the details of the preferred embodiment described above, but numerous changes and modifications are possible that the person skilled in the art will make if necessary without leaving the inventive concept.
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