EP0752558A2 - Steuerung der Zündung eines Verdampfungsbrenners - Google Patents

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EP0752558A2
EP0752558A2 EP96110643A EP96110643A EP0752558A2 EP 0752558 A2 EP0752558 A2 EP 0752558A2 EP 96110643 A EP96110643 A EP 96110643A EP 96110643 A EP96110643 A EP 96110643A EP 0752558 A2 EP0752558 A2 EP 0752558A2
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EP
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glow plug
fuel
fan
switched
control according
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EP96110643A
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Wolfgang Pfister
Milan Leuze
Dieter Götz
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Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
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J Eberspaecher GmbH and Co KG
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Publication date
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    • F23N5/203—Systems for controlling combustion with a time programme acting through electrical means, e.g. using time-delay relays using electronic means
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    • 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 control of the ignition of an evaporation burner of a heater, in particular for the interior heating of a motor vehicle, with a regulatable or controllable fan for combustion air and a glow plug for preheating the evaporator, which is ventilated by the fan during preheating to remove any fuel residues or vapors .
  • the blower is initially controlled for high output in the ignition phase.
  • the glow plug heats up the evaporator.
  • fuel is then introduced into the evaporator with the blower still running at high power and ignited there due to the high temperature of the evaporator which has now been reached.
  • the glow plug can then be switched off, since the ignited flames continue to burn as long as sufficient fuel and air are supplied.
  • the object of the invention is now to provide a new control for the ignition of an evaporative burner of a heating device, in particular a low energy consumption during operation of the glow plug to be achieved.
  • the fan initially starts with only a minimal output during the preheating phase with the glow plug switched on and the fuel pump still stationary, in that the fuel pump then runs with minimal or very low blower output with low delivery capacity begins, and that after ignition of a flame, the blower output is delayed, with a subsequent increase in the delivery capacity of the pump, preferably several times.
  • the invention is based on the general idea of restricting the air supply to the evaporation burner as far as possible or completely refraining it during the preheating phase, in order to avoid undesired cooling of the glow plug in this phase.
  • the running fan should only ensure, if necessary, that the evaporation burner is freed of fuel residues and vapors which, under unfavorable operating conditions - for example if the heater is switched on and off several times in quick succession was - could possibly occur. Uncontrolled ignition is avoided by removing these residues and vapors.
  • the invention makes use of the surprising discovery that minimal operation of the blower is sufficient to blow the evaporation burner free.
  • the glow plug in the preheating phase in the invention is not significantly impaired in its heating effect either by an excessively cooling air flow or by fuel cooling or vapors which also have a cooling effect, the glow plug and the ignition zone of the evaporation burner can be heated up quickly. If the glow plug works at high power, the heat supply through the glow plug takes place significantly faster than the heat transport within the evaporation burner, with the result that sufficient temperatures are quickly reached in the vicinity of the glow plug to ignite fuel, while the evaporation burner otherwise stays cooler. This can achieve the desired effect that a smaller flame is ignited in the subsequent supply of a small amount of fuel with initially minimal fan power in the vicinity of the glow plug, which then in turn increasingly heats the evaporation burner without the need for further operation of the glow plug would.
  • the total energy consumption of the glow plug required during the ignition phase can be significantly reduced. It only has to be ensured that an energy supply is available for the glow plug, which enables a high power supply for a short time.
  • a shorter or - at low ambient temperatures - a longer period of time is provided for the preheating phase, depending on the ambient temperature. That way, at moderate "winter temperatures can significantly save electrical energy during the start of a heater.
  • this switch can also be used to switch the heater accordingly.
  • combustion chamber 1 has, in a generally known manner, a combustion chamber 1 which can be supplied with fuel via a metering pump 2 and combustion air via a blower 3 in a controllable manner.
  • the walls of the combustion chamber 1 or wall areas thereof are covered by a wire fleece or formed from such a material which receives the fuel supplied in the manner of a wick, the fuel evaporating from this wire fleece then burning off automatically with the supply of air.
  • a glow plug 1'' is housed which, in the manner shown below, serves to ignite the fuel, which is preferably conducted to the combustion chamber 1 via the bag space 1 'or the surroundings of the glow plug 1''.
  • a heat exchanger 4 Connected to the combustion chamber 1 is a heat exchanger 4, which has a gas space 5 through which the combustion gases emerging from the combustion chamber 1 flow, and a hydraulic space 6 which is penetrated by a hydraulic heat transfer medium, usually water, and which is opposite the gas space 5 by a gas jacket 7 and is completed to the outside by a water jacket 8.
  • the combustion gases enter the gas space 5 via a flame tube 9 arranged on the output side of the combustion chamber 1 and are deflected at the closed end of the gas space 5 facing away from the combustion chamber 1, so that they can be discharged to the outside via an exhaust gas line 10 and an exhaust gas silencer (not shown) after they have flowed along the wall of the gas jacket 7 with the transfer of heat to the hydraulic heat transfer medium.
  • the hydraulic space 6 is helical from the hydraulic heat transfer medium, which is guided through corresponding guide webs on the outside of the gas jacket 7, from an inlet 11 to an outlet 12 in one Flows through a circuit that leads via one or more radiators (not shown) and / or via the cooling circuit of a motor vehicle engine.
  • air can also be heated directly instead of the hydraulic heat transfer medium, which air is guided for this purpose by means of a separate fan over the outside of the gas jacket 7.
  • Diagram B shows the delivery rate Q of the metering pump 2 as a function of the time t.
  • Diagram C shows the occurrence of a signal S for flame detection as a function of time t.
  • Diagram D shows the electrical power W applied to the glow plug as a function of time t.
  • the heater should now be switched on at a time t 0 .
  • control of the heater switches the fan 3 to a very low power P 1 , which is essentially just sufficient to keep the combustion chamber 1 free of any fuel residues or fumes.
  • the glow plug 1 ′′ is switched on to a high power W h .
  • only the glow plug 1 ′′ can also be switched on at the time t 0 , the blower 3 is then started up with a delay at the time t 01 .
  • the metering pump 2 initially remains switched off.
  • the combustion chamber 1 or the bag space 1 ' is now preheated by the glow plug 1''.
  • the metering pump 2 is switched on and brought to a low delivery rate Q 1 .
  • the fuel now flowing in through the bag space 1 ' ignites again short time, so that at a time t 2 an output signal S 1 is generated by a flame detection sensor, not shown.
  • glow plug remains on for a short time. After a time t 3 , glow plug 1 ′′ then remains switched off.
  • the power of the fan 3 is ramped up continuously in such a way that a slightly increased fan power P 4 is achieved at a time t 4 .
  • the metering pump 2 is then raised to a slightly increased delivery rate Q 5 , which then initially remains unchanged, while the power of the blower 3 is ramped up again and reaches an average power P 6 at a time t 6 .
  • the delivery rate of the metering pump 2 is increased again at a time t 7 , namely to a value Q 7 .
  • the power of the blower 3 is ramped up until the large blower power P 8 is available for normal heating operation by the time t 8 . This concludes the heater start-up phase.

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Abstract

Während der Zündphase wird der Verdampfungsbrenner nur von einem minimalen Luftstrom durchsetzt, gleichzeitig wird ein Brennkammerbereich durch eine Glühkerze mit hoher Leistung erhitzt. Sodann wird die Brennstoffzufuhr mit sehr schwacher Förderleistung eingeschaltet, während gleichzeitig der Luftdurchsatz in der Brennkammer erhöht wird. Nach dem Zünden des Brennstoffes in der Brennkammer wird die Glühkerze ausgeschaltet, außerdem werden die Brennstoffzufuhr sowie der Luftdurchsatz bis auf die Werte für normalen Heizbetrieb erhöht. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuerung der Zündung eines Verdampfungsbrenners eines insbesondere zur Innenraumbeheizung eines Kraftfahrzeuges dienenden Heizgerätes mit regel- bzw. steuerbarem Gebläse für Verbrennungsluft und Glühkerze zum Vorheizen des Verdampfers, welcher während des Vorheizens zur Entfernung eventueller Brennstoffrückstände bzw. -dämpfe durch das Gebläse belüftet wird.
  • Bei derzeit üblichen Verdampfungsbrennern wird in der Zündphase zunächst das Gebläse auf hohe Leistung gesteuert. Gleichzeitig heizt die Glühkerze den Verdampfer auf. Nach einer längeren Aufheizphase wird dann bei weiterhin mit hoher Leistung laufendem Gebläse Kraftstoff in den Verdampfer eingebracht und dort aufgrund der inzwischen erreichten hohen Temperatur des Verdampfers entzündet. Danach kann die Glühkerze ausgeschaltet werden, da nunmehr die entzündeten Flammen kontinuierlich weiterbrennen, solange hinreichend Brennstoff und Luft zugeführt werden.
  • Aus der DE 40 30 384 C2 ist es bekannt, während der Zündphase des Verdampfungsbrenners die Glühkerze zunächst in einer ersten Phase mit hoher Leistung und danach in einer zweiten und dritten Phase mit zunehmend verminderter Leistung zu betreiben. In der ersten Phase wird kurzzeitig Brennstoff in den Verdampfer eingebracht. Danach wird die Brennstoffzufuhr zunächst unterbrochen und erst in der dritten Phase wieder eingeschaltet. In der ersten Phase wird während der Brennstoffeinbringung oder -förderung kurzzeitig ein starker Luftstrom durch den Verdampfer geleitet. Während der zweiten Phase dann kurze Luftstöße mit schwächerer Leistung, und in der dritten Phase wird dann die Luftzufuhr für Dauerbetrieb eingeschaltet und kontinuierlich erhöht.
  • Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine neue Steuerung für die Zündung eines Verdampfungsbrenners eines Heizgerätes zu schaffen, wobei insbesondere ein geringer Energieverbrauch beim Betrieb der Glühkerze erzielt werden soll.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gebläse während der Vorheizphase bei eingeschalteter Glühkerze und noch stillstehender Brennstoffpumpe zunächst nur mit minimaler Leistung anläuft, daß dann die Brennstoffpumpe bei minimaler bzw. sehr geringer Gebläseleistung mit geringer Förderleistung zu laufen beginnt, und daß nach Zündung einer Flamme die Gebläseleistung unter verzögert nachfolgender Erhöhung der Förderleistung der Pumpe - vorzugsweise mehrfach - erhöht wird.
  • Dabei ist in besonders bevorzugter Weise vorgesehen, die Glühkerze mit hoher Leistung arbeiten zu lassen bzw. eine Glühkerze mit hoher elektrischer Leistung zu verwenden.
  • Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, während der Vorheizphase die Luftzufuhr zum Verdampfungsbrenner soweit als möglich einzuschränken bzw. ganz zu unterlassen, um eine in dieser Phase unerwünschte Kühlung der Glühkerze zu vermeiden. Das gleichwohl, wenn auch mit minimaler Leistung, laufende Gebläse soll im Bedarfsfall nur noch sicherstellen, daß der Verdampfungsbrenner von Brennstoffrückständen und -dämpfen befreit wird, die unter ungünstigen Betriebsbedingungen - etwa wenn das Heizgerät in an sich unsachgemäßer Weise mehrfach kurz hintereinander an- und ausgestellt wurde - eventuell auftreten könnten. Durch die Entfernung dieser Rückstände und Dämpfe wird eine unkontrollierte Zündung vermieden. Gleichzeitig nutzt die Erfindung die an sich überraschende Erkenntnis, daß ein minimaler Betrieb des Gebläses zum Freiblasen des Verdampfungsbrenners ausreicht.
  • Da bei der Erfindung die Glühkerze in der Vorheizphase in ihrer Heizwirkung weder durch einen übermäßig kühlenden Luftstrom noch durch ebenfalls kühlend wirkende Brennstoffreste oder -dämpfe nennenswert beeinträchtigt wird, kann die Glühkerze und die Zündzone des Verdampfungsbrenners schnell aufgeheizt werden. Wenn dabei die Glühkerze mit hoher Leistung arbeitet, erfolgt die Wärmezufuhr durch die Glühkerze deutlich schneller als der Wärmetransport innerhalb des Verdampfungsbrenners, mit der Folge, daß in der Umgebung der Glühkerze sehr schnell zur Zündung von Brennstoff ausreichende Temperaturen erreicht werden, während der Verdampfungsbrenner im übrigen noch kühler bleibt. Damit läßt sich die erwünschte Wirkung erreichen, daß bei der nachfolgenden Zufuhr einer geringen Brennstoffmenge bei zunächst noch minimaler Gebläseleistung in der Umgebung der Glühkerze eine kleinere Flamme gezündet wird, die dann ihrerseits den Verdampfungsbrenner zunehmend erhitzt, ohne daß dazu noch ein weiterer Betrieb der Glühkerze notwendig wäre.
  • Auf diese Weise läßt sich der während der Zündphase notwendige gesamte Energieverbrauch der Glühkerze deutlich vermindern. Es muß lediglich gewährleistet werden, daß für die Glühkerze eine Energieversorgung vorhanden ist, die kurzzeitig eine hohe Leistungszufuhr ermöglicht.
  • Derartiges ist mit heutigen Batterien ohne weiteres möglich.
  • In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist für die Vorheizphase je nach Umgebungstemperatur ein kürzerer oder - bei tiefen Umgebungstemperaturen - längerer Zeitraum vorgesehen. Auf diese Weise kann bei
    Figure imgb0001
    Figure imgb0001
    gemäßigten" Wintertemperaturen erheblich elektrische Energie während des Starts eines Heizgerätes gespart werden.
  • Des weiteren ist es zweckmäßig, bei der Länge der Vorheizphase auch die Art des jeweils verwendeten Brennstoffes zu berücksichtigen. Während
    Figure imgb0001
    normale" Dieselkraftstoffe regelmäßig Komponenten enthalten, die schon bei relativ geringer Temperatur verdampfen, haben Ersatzbrennstoffe auf pflanzlicher Basis - typischerweise handelt es sich dabei um Pflanzenmethylester - höhere Verdampfungstemperaturen, so daß eine etwas längere Vorheizphase notwendig wird. Durch eine Umschaltbarkeit des Heizgerätes auf unterschiedliche Brennstoffqualitäten läßt sich dann gewährleisten, daß in der Vorheizphase mit dem jeweils geringst möglichen Energiebedarf gearbeitet wird.
  • Soweit ein Fahrzeugmotor durch Betätigung eines Schalters auf unterschiedliche Brennstoffqualitäten umgeschaltet wird, kann gegebenenfalls durch diesen Schalter auch das Heizgerät entsprechend umgesteuert werden.
  • Nachfolgend wir die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei zeigt
    • Fig. 1
    ein schematisiertes Schnittbild eines Heizgerätes mit Verdampfungsbrenner und
    Fig. 2
    ein Diagramm, welches die erfindungsgemäße Steuerung bei der Zündung des Heizgerätes wiedergibt.
  • Das Heizgerät der Fig. 1 besitzt in grundsätzlich bekannter Weise eine Brennkammer 1, der über eine Dosierpumpe 2 Brennstoff und über ein Gebläse 3 Verbrennungsluft steuerbar zuführbar ist. Die Wandungen der Brennkammer 1 bzw. Wandungsbereiche derselben sind durch ein Drahtvlies überdeckt bzw. aus derartigem Material ausgebildet, welches zugeführten Brennstoff nach Art eines Dochtes aufnimmt, wobei dann der von diesem Drahtvlies abdampfende Brennstoff unter Luftzuführung selbsttätig abbrennt.
  • Seitlich an der Brennkammer 1 ist ein radialer Sackraum 1' angeordnet, in dem eine Glühkerze 1'' untergebracht ist, welche in weiter unten dargesteller Weise zur Zündung des Brennstoffes dient, der vorzugsweise über den Sackraum 1' bzw. die Umgebung der Glühkerze 1'' zur Brennkammer 1 geleitet wird.
  • An die Brennkammer 1 schließt ein Wärmetauscher 4 an, welcher einen von den aus der Brennkammer 1 austretenden Verbrennungsgasen durchströmten Gasraum 5 sowie einen von einem hydraulischen Wärmeträgermedium, in der Regel Wasser, durchsetzten Hydraulikraum 6 aufweist, der gegenüber dem Gasraum 5 durch einen Gasmantel 7 und nach außen durch einen Wassermantel 8 abgeschlossen ist. Die Verbrennungsgase treten in den Gasraum 5 über ein ausgangsseitig an der Brennkammer 1 angeordnetes Flammrohr 9 ein und werden am von der Brennkammer 1 abgewandten geschlossenen Ende des Gasraumes 5 umgelenkt, so daß sie über eine Abgasleitung 10 und einen nicht dargestellten Abgasschalldämpfer nach außen abgeleitet werden können, nachdem sie an der Wandungs des Gasmantels 7 unter Übertragung von Wärme auf das hydraulische Wärmeträgermedium entlanggeströmt sind.
  • Der Hydraulikraum 6 wird vom hydraulischen Wärmeträgermedium, welches durch entsprechende Führungsstege auf der Außenseite des Gasmantels 7 geführt wird, schraubenförmig von einem Eingang 11 zu einem Ausgang 12 hin in einem Kreislauf durchströmt, der über ein oder mehrere Heizkörper (nicht dargestellt) und/oder über den Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugmotors führt.
  • Gegebenenfalls kann anstelle des hydraulischen Wärmeträgermediums auch direkt Luft aufgeheizt werden, die zu diesem Zweck mittels eines gesonderten Gebläses über die Außenseite des Gasmantels 7 geführt wird.
  • Die Fig. 2 zeigt nun die Steuerung während der Zündphase des Verdampfungsbrenners.
  • Im Diagramm A ist die Leistung P des Gebläses 3 in Abhängigkeit von der Zeit t aufgetragen.
  • Im Diagramm B wird die Förderleistung Q der Dosierpumpe 2 in Abhängigkeit von der Zeit t wiedergegeben.
  • Das Diagramm C zeigt das Auftreten eines Signales S zur Flammenerkennung in Abhängigkeit von der Zeit t.
  • Das Diagramm D zeigt, mit welcher elektrischen Leistung W die Glühkerze in Abhängigkeit von der Zeit t beaufschlagt wird.
  • Das Heizgerät möge nun zu einem Zeitpunkt t0 eingeschaltet werden.
  • Damit schaltet die Steuerung des Heizgerätes das Gebläse 3 auf eine sehr geringe Leistung P1, welche im wesentlichen gerade ausreichend ist, um die Brennkammer 1 von eventuellen Brennstoffrückständen oder -dämpfen freizuhalten.
  • Gleichzeitig oder mit geringer Zeitverzögerung wird die Glühkerze 1'' auf eine hohe Leistung Wh eingeschaltet.
  • Gemäß einer Alternative kann auch zum Zeitpunkt t0 nur die Glühkerze 1'' eingeschaltet werden, das Gebläse 3 wird dann mit Verzögerung zum Zeitpunkt t01 angefahren.
  • Die Dosierpumpe 2 bleibt zunächst ausgeschaltet. Nunmehr wird also die Brennkammer 1 bzw. der Sackraum 1' durch die Glühkerze 1'' vorgeheizt. Zu einem Zeitpunkt t1, der in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur derart gewählt wird, daß die Glühkerze 1'' zumindest einen kleinen Bereich des Sackraumes 1' bzw. der Brennkammer 1 auf eine hinreichend hohe Temperatur zu bringen vermag, wird die Dosierpumpe 2 eingeschaltet und auf eine geringe Förderleistung Q1 gebracht. Der nunmehr über den Sackraum 1' zuströmende Brennstoff entzündet sich nach kurzer Zeit, so daß zu einem Zeitpunkt t2 von einem nicht dargestellten Flammenerkennungssensor ein Ausgangssignal S1 erzeugt wird.
  • Aus Sicherheitsgründen bleibt danach die Glühkerze noch kurzzeitig eingeschaltet. Nach einem Zeitpunkt t3 bleibt dann die Glühkerze 1'' ausgeschaltet.
  • Etwa beginnend mit dem Zeitpunkt t1 wird die Leistung des Gebläses 3 kontinuierlich hochgefahren, derart, daß zu einem Zeitpunkt t4 eine leicht erhöhte Gebläseleistung P4 erreicht wird. Kurz danach zu einem Zeitpunkt t5 wird dann die Dosierpumpe 2 auf eine leicht erhöhte Förderleistung Q5 hochgesteuert, die dann zunächst unverändert bleibt, während die Leistung des Gebläses 3 erneut hochgefahren wird und zu einem Zeitpunkt t6 eine mittlere Leistung P6 erreicht.
  • Danach wird zu einem Zeitpunkt t7 die Förderleistung der Dosierpumpe 2 erneut erhöht, uns zwar auf einen Wert Q7. Gleichzeitig wird die Leistung des Gebläses 3 hochgefahren, bis zum Zeitpunkt t8 die große Gebläseleistung P8 für normalen Heizbetrieb vorliegt. Damit ist die Startphase des Heizgerätes beendet. Nunmehr erfolgt ein grundsätzlich herkömmlicher - geregelter - Heizbetrieb.

Claims (6)

  1. Steuerung der Zündung eines Verdampfungsbrenners eines insbesondere zur Innenraumbeheizung eines Kraftfahrzeuges dienenden Heizgerätes mit regel- bzw. steuerbarem Gebläse für Verbrennungsluft und Glühkerze zum Vorheizen des Verdampfers, welcher während des Vorheizens zur Entfernung eventueller Brennstoffrückstände bzw. -dämpfe durch das Gebläse belüftet wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gebläse (3) während der Vorheizphase bei eingeschalteter Glühkerze (1'') und noch stillstehender Brennstoffpumpe (2) bzw. ausgeschalteter Brennstoffzufuhr mit minimaler Leistung (P1) anläuft, daß dann die Brennstoffpumpe (2) bzw. Brennstoffzufuhr bei minimaler bzw. sehr geringer Gebläseleistung (P1) mit geringer Förderleistung (Q1) zu laufen beginnt und daß nach Zündung einer Flamme die Gebläseleistung unter verzögert nachfolgender Erhöhung der Förderleistung der Brennstoffpumpe (2) bzw. Brennstoffzufuhr - vorzugsweise mehrfach - erhöht wird.
  2. Steuerung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Glühkerze (1'') immer mit hoher Leistung (Wh) arbeitet.
  3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Betriebsdauer (t3 - t0) der Glühkerze (1'') in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur steuerbar ist.
  4. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Betriebsdauer (t3 - t0) der Glühkerze (1'') in Abhängigkeit von der Verdampfungstemperatur des Brennstoffes bzw. einer Brennstoffkomponente steuerbar ist.
  5. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gebläse (3) beim Einschalten der Glühkerze (1'') anläuft.
  6. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gebläse (3) mit Verzögerung (t01 - t0) gegenüber dem Einschaltpunkt (t0) der Glühkerze (1'') anläuft.
EP96110643A 1995-07-04 1996-07-02 Steuerung der Zündung eines Verdampfungsbrenners Withdrawn EP0752558A3 (de)

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DE19524261A DE19524261B4 (de) 1995-07-04 1995-07-04 Verfahren zum Starten eines Verdampfungsbrenners
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