JP3445079B2 - 燃料運転式加熱装置 - Google Patents

燃料運転式加熱装置

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JP3445079B2 JP34383796A JP34383796A JP3445079B2 JP 3445079 B2 JP3445079 B2 JP 3445079B2 JP 34383796 A JP34383796 A JP 34383796A JP 34383796 A JP34383796 A JP 34383796A JP 3445079 B2 JP3445079 B2 JP 3445079B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料配量ポンプ及
び/又は燃焼空気送風機を備えた燃料運転式加熱装置、
特に自動車のための付加的加熱装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来公知の燃料運転式加熱装置では、多
くの場合、ガソリン又はデーゼル燃料などの燃料が空気
過剰下に燃焼室内で燃焼される。このことの意味すると
ころは、排ガス中にまだ酸素が含まれていること、もし
くは化学量論上の完全燃焼が行われていないことであ
る。燃焼室の燃焼技術的な機能範囲は所定の空気過剰率
(λ)範囲(燃焼技術的な機能範囲内の可能な空気燃料
比)にわたり延びている。この範囲内での加熱装置の運
転を確実たらしめるために、公知の加熱装置もしくは送
風機の組付け時に燃焼空気量が、可変のパイパス開口に
より調節されるか、又は燃料配量ポンプでは燃料量が調
節ねじにより調節される。このことは加熱装置の高い構
成費用と、長い調節時間とを必要とする。
【0003】加熱装置の運転時に前述の機能範囲は以下
に述べる理由が生じた場合に失われる。
【0004】−燃焼空気の吸込口又は排ガス出口がせき
止められ、これにより燃焼空気量が減少した場合。
【0005】−加熱装置に接続された熱交換器が燃焼残
滓により閉塞し、これにより運転中に燃焼空気量がやは
り減少した場合。
【0006】−平均海面NNを越える種々異なる高度で
加熱装置を運転する際に燃焼空気質量流が変化した場
合。
【0007】前記機能範囲又は空気過剰率(λ)範囲が
失われると、燃焼値が悪化する。加熱装置はもはや十分
に作動せず、故障リスクを負う。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に記載した形式の燃料運転式加熱装置を改良して、簡単
な構造を有すると共に多くの運転状態で効果的かつ信頼
性よく、良好な燃焼値で環境に優しく運転できるような
燃料運転式加熱装置を提供することである。
【0009】
【発明を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の構成では、予め規定された空気過剰率(λ)
範囲内で運転される加熱装置に圧力センサが対応して配
置されており、この圧力センサにより制御装置を介し
て、調整可能な燃料配量ポンプ及び/又は調整可能な燃
焼空気送風機が制御可能であるようにした。
【0010】
【発明の効果】本発明の重要な要旨は、予め規定された
空気過剰率(λ)範囲内で燃料により運転される加熱装
置(例えば自動車のための付加的ヒータ、エンジンとは
無関係な自動車の暖房装置、さらにまた煤フィルタ装置
のためのバーナ又はこんろ等)に圧力センサが対応して
配置され、この圧力センサにより制御装置を介して、調
整可能な燃料配量ポンプ及び/又は調整可能な燃焼空気
送風機が制御されることにある。
【0011】本発明によれば特に、燃焼の予め規定され
た空気過剰率(λ)範囲を失うことなく、特に空気過剰
率(λ)範囲を設定された範囲内に維持しかつ場合によ
りコンスタントに保つように加熱装置の燃料配量ポンプ
及び/又は燃焼空気送風機を制御するために、加熱装置
の周囲空気圧が電子制御装置内の制御パラメータとして
使用される。さらに本加熱装置は特に種々異なる海抜高
度で制御技術的に申し分なく運転されることができる。
周囲空気圧は周知のように高度上昇にともなって減少す
る(1000mごとに海面に対比してほぼ100mba
r)。従って空気の単位容積当たりの密度並びに酸素含
有量も減少する。燃料量がコンスタントに維持された場
合には燃焼が「富の燃焼」へ変化し、空気燃料比、要す
るに空気過剰率(λ値)は小さくなる。このことを阻止
するために、空気及び/又は燃料が後制御される。
【0012】特に加熱装置の試験時に(暖又は冷)、圧
力センサにより「ゼロ調整」、換言すれば、そのつどの
空気量への燃料量の適合が行われる。このゼロ調整によ
り加熱装置は問題なく前記空気過剰率(λ)範囲内で運
転される。「ゼロ調整」時の圧力の規定の大きさの変化
が記録されると制御が導入される(特に燃料配量ポンプ
振動数の減少又は燃焼空気送風機回転数の増大)。
【0013】多数の加熱装置が設けられている際に各圧
力センサの値が加熱装置試験時に特別に検知されるなら
ば、このことは正確さへの要求に関連してポジティブに
作用する。この種の加熱装置は比較的粗い誤差でローコ
ストで製作されることができる。
【0014】圧力センサは特別有利な実施態様では加熱
装置の内部で燃焼空気送風機圧力側に配置されてよい。
その場合、圧力センサは燃焼空気送風機運転前と運転中
に評価され、記録された圧力上昇が、上昇した周囲空気
圧に基づき成立したのか、又は場合により例えば排ガス
出口のせき止め、又は加熱装置に接続された熱交換器へ
の燃焼残滓の堆積により増大したシステム対向圧力に基
づき成立したのかが区別される。
【0015】燃焼空気送風機により搬送される空気量は
要するにシステム対向圧力(Σ 燃焼空気導管−加熱装
置−排ガス導管)にも依存しており、このシステム対向
圧力は燃焼空気送風機の制御により対処されなければな
らない。さらに、燃焼空気送風機の搬送のふるまいは
(特に回転数及び送風隙間に依存して)種々異なってお
り、その結果、燃焼空気搬送は加熱装置ごとの空気又は
ガス案内に差異がなくてもばらつき、従って燃焼空気の
調整を必要たらしめる。
【0016】圧力センサとしては特に、絶対圧力又は
(周囲空気に対する)相対的な圧力を検出する圧電抵抗
的な圧力センサが推奨される。
【0017】燃料配量ポンプの代わりに脈動弁を加熱装
置に設けることもできる。この場合、この脈動弁が必要
に応じて起動制御される。脈動弁を備えた実施態様は本
発明の請求の枠内にある。
【0018】特別効果的な構成によれば、圧力センサ
が、加熱装置の内部ではなく、加熱装置の外部で加熱装
置の領域内に配置される。この場合、気圧的な高度代数
式を考慮した特性曲線に基づいて制御装置が運転される
と、配量ポンプ振動数と測地学上の高度との間の関連性
を介して、燃料量が振動数変化により実際の測地学上の
高度に相応して自動的に適合(減少)される。
【0019】同様に、燃焼空気送風機の回転数も適合
(増大)される。
【0020】本発明によれば次の利点が得られる。
【0021】(1) 加熱装置の製作時の複雑な調整過
程が回避される。
【0022】(2) パイパスが省かれる。
【0023】(3) 熱交換器の汚れが増大しても加熱
装置がその耐用寿命にわたり確実に運転される。
【0024】(4) 燃焼室の運転範囲(空気過剰率λ
範囲)が公知技術に対比して小さくて済む(費用増大の
軽減)。
【0025】(5) 燃料配量ポンプの調整が公知技術
に対比して正確でなくてよい(簡単な製作)。
【0026】
【発明の実施の形態】次に図面を参照しつつ実施例につ
き本発明を詳しく説明する。
【0027】図1によれば、燃料運転式加熱装置1が燃
料配量ポンプ2と燃焼空気送風機3とを備えている。加
熱装置1は火炎スクリーン6を備えた燃焼室4と、排ガ
スリング14と、冷水供給導管8及び温水戻し導管9を
備えた水ジャケットの形状の熱交換器7とを有してい
る。
【0028】燃焼空気11は燃焼空気送風機3に軸方向
で供給され、燃焼空気送風機圧力側で軸方向に排出され
て燃焼室4内に達し、かつその場所で、燃料配量ポンプ
2から供給された燃料12と混合される。燃焼技術的に
効果的な空気過剰率(λ)範囲内にある空気燃料混合物
が燃焼室4内で燃焼させられ、排ガス13が排ガスリン
グ14を介して側方外向へ排出される。これまでは公知
技術に属する。
【0029】本発明によればさらに、予め規定された空
気過剰率(λ)範囲内で運転される加熱装置1に圧力セ
ンサ5が対応して配置される。この圧力センサは図1の
実施例では燃焼空気送風機圧力側に配置されている。
【0030】図1に基づく実施例の燃焼空気送風機圧力
側に設けられた圧力センサ5は圧電抵抗的な圧電センサ
であり、このセンサは絶対圧力又は周囲空気に対する相
対的な圧力を検出することができる。
【0031】この圧力センサ5により、図示されていな
い電子制御装置を介して、調整可能な燃料配量ポンプ2
及び/又は調整可能な燃焼空気送風機3が起動制御され
る。特に、この圧力センサ5は、実際の空気過剰率
(λ)値に対応することのできる実際の圧力値を検知す
る。制御装置がこの空気過剰率(λ)値を目標値(制御
パラメータ)と比較して、固定の制御法則に基づき燃焼
空気送風機3及び/又は燃料配量ポンプ2を制御する。
検出された空気過剰率(λ)値が目標値からそれると修
正される。
【0032】加熱装置の試験時に(暖又は冷)、圧力セ
ンサ5が「ゼロ調整」される。このゼロ調整により加熱
装置1は所定の空気過剰率(λ)帯域にわたり問題なく
運転されることができる。このゼロ調整は、所定の加熱
装置5のそのつどの空気量への燃料量の適合、例えばノ
ーマルゼロNNでの海抜高度への適合を意図している。
このようにすれば、このゼロ位置に関連して、加熱装置
1のその後の運転中に圧力センサ5により測定された圧
力に所定の大きさの変動が生じた際に、燃料配量ポンプ
振動数及び/又は燃焼空気送風機の回転数を適合させる
ことができる。
【0033】燃焼空気送風機圧力側に配置された圧力セ
ンサ5により、瞬間的な周囲空気圧並びに瞬間的なシス
テム対向圧力が記録されることができる。圧力センサ5
が燃焼空気送風機圧力側に配置されていることにより、
加熱装置1に作用する大気の圧力変動のみならず、加熱
装置1のシステム固有の圧力障害をも修正することがで
きる。このことのために、次ぎの表から看取されるよう
に、圧力センサ5を燃焼空気送風機の運転前と運転中と
に評価することが必要である。
【0034】
【表1】
【0035】圧力センサ5の配置の別の実施例では、圧
力センサが加熱装置1の外部で加熱装置1の領域内に配
置されている。
【0036】絶対圧力ピックアップ、例えば気圧計測定
セルとしての簡単な外部の圧力センサにより、実際の周
囲空気圧が測定され、かつ気圧に関する下記の高度代数
式 h=18.4km×1g pn/ph に基づき計算される。上式において、 h: ノーマルゼロNNの上方の実際の高度 pn: NNにおける圧力 ph: 実際の高度における実際の圧力 制御装置内に貯蔵された、配量ポンプ振動数fと測地学
上の高度hとの関連を表す特性曲線Kに基づき燃料量1
2が振動数変化により実際の測地学上の高度hに相応し
て自動的に適合(減少)される。
【0037】配量ポンプ振動数fと測地学上の高度hと
の間の可能な関連性が図2に示されている。図2にみら
れる段状ファンクションは任意に縮小又は拡大されるこ
とができる。
【0038】本発明は図示の実施例に制約されない。本
発明の別の構成は請求項2以下に記載した通りである。
【図面の簡単な説明】
【図1】燃焼室と熱交換器と燃焼空気送風機と燃料配量
ポンプとを備えた本発明の1実施例の燃料運転式加熱装
置の略示縦断面図である。
【図2】気圧的な高度代数式を利用した制御の1実施例
の特性曲線を示す図である。
【符号の説明】
1 加熱装置、 2 燃料配量ポンプ、 3 燃焼空気
送風機、 4 燃焼室、6 火炎スクリーン、 7 熱
交換器、 8 冷水供給導管、 9 温水供給導管、
11 燃焼空気、12 燃料、 13 排ガス、 14
排ガスリング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハーラルト ザイラー ドイツ連邦共和国 エスリンゲン シュ テッケンベルクヴェーク 40 (72)発明者 アンドレアス アルバー ドイツ連邦共和国 シュツットガルト シェムプシュトラーセ 24 (56)参考文献 実開 平6−16112(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B60H 1/22 B60H 1/03

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料配量ポンプ(2)及び/又は燃焼空
    気送風機(3)を備えた燃料運転式加熱装置(1)にお
    いて、予め規定された空気過剰率(λ)範囲内で運転さ
    れる加熱装置(1)に圧力センサ(5)が対応して配置
    されており、この圧力センサにより制御装置を介して、
    調整可能な燃料配量ポンプ(2)及び/又は調整可能な
    燃焼空気送風機(3)が制御可能であり、圧力センサ
    (5)により、加熱装置のゼロ調整(周囲空気圧 po
    umg、センサ圧力 po sens、システム対向
    圧力 po syst)が行われ、すなわちそのつどの
    燃焼空気量(11)への燃料量(12)の適合が行わ
    れ、これにより加熱装置(1)が予め規定された前記空
    気過剰率(λ)範囲にわたり運転されるようになってお
    り、ゼロ調整時のセンサ圧力(po sens)に対す
    る実際のセンサ圧力(p sens)の変化時に、燃料
    配量ポンプ振動数(f)及び/又は燃焼空気送風機回転
    数(n)が適合され、実際の周囲空気圧(p umg)
    又は実際のシステム対向圧力(p syst)を表すた
    めに、実際のセンサ圧力(p sens)が、燃焼空気
    送風機の停止状態のとき、つまり燃焼空気送風機の運転
    前と、燃焼空気送風機の運転中とに評価され、ただしこ
    の場合、以下に挙げる事例が区別され: 1. 送風機停止状態での加熱装置運転 1.1 実際のセンサ圧力(p sens)<「ゼロ調
    整」時のセンサ圧力(p o sens)=「ゼロ調整」
    時の周囲空気圧(po umg)である ので、実際の周
    囲空気圧(p umg)<「ゼロ調整」時の周囲空気圧
    (po umg)である 1.2 実際のセンサ圧力(p sens)>「ゼロ調
    整」時のセンサ圧力(p o sens)=「ゼロ調整」
    時の周囲空気圧(po umg)である ので、実際の周
    囲空気圧(p umg)>「ゼロ調整」時の周囲空気圧
    (po umg)である 2. 送風機運転時の加熱装置運転 2.1 実際のセンサ圧力(p sens)<「ゼロ調
    整」時のセンサ圧力(p o sens)=「ゼロ調整」
    時の周囲空気圧(po umg)である ので、実際の周
    囲空気圧(p umg)<「ゼロ調整」時の周囲空気圧
    (po umg)である 2.2 実際のセンサ圧力(p sens)>「ゼロ調
    整」時のセンサ圧力(p o sens)=「ゼロ調整」
    時の周囲空気圧(po umg)である ので、実際のシ
    ステム対向圧力(p syst)>「ゼロ調整」時のシ
    ステム対向圧力(po syst)である 2.3 実際のセンサ圧力(p sens)>「ゼロ調
    整」時のセンサ圧力(p o sens)=「ゼロ調整」
    時の周囲空気圧(po umg)である ので、実際の周
    囲空気圧(p umg)>「ゼロ調整」時の周囲空気圧
    (po umg)であるこの場合、 事例1.1と事例2.1との組み合わせが生じた場合に
    も、 事例1.2と事例2.2との組み合わせが生じた場合に
    も、 燃料配量ポンプ振動数(f)の自動的な減少及び/又は
    燃焼空気送風機回転数(n)の自動的な増大が行われる
    ことを特徴とする 燃料運転式加熱装置。
  2. 【請求項2】 圧力センサ(5)が加熱装置(1)の内
    部で送風機送出側に配置されている、請求項1記載の加
    熱装置。
  3. 【請求項3】 ゼロ調整が加熱装置(1)の試験と一緒
    に行われる、請求項1記載の加熱装置。
  4. 【請求項4】 圧力センサ(5)が当該加熱装置の外部
    で当該加熱装置の領域内に設けられており、制御装置
    が、気圧的な高度代数式を考慮した特性曲線(K)に基
    づいて運転されており、その場合、測地学上の高度
    (h)と燃料配量ポンプ振動数(f)及び/又は燃焼空
    気送風機回転数(n)との間の関連が形成され、かつ燃
    料量(12)及び/又は燃焼空気量(11)が燃料配量
    ポンプ(2)の振動数の減少により及び/又は燃焼空気
    送風機(3)の回転数の増大により実際の測地学上の高
    度に相応して自動的に適合される、請求項1記載の加熱
    装置。
  5. 【請求項5】 ピエゾ抵抗型の圧力センサ(5)が設け
    られている、請求項1から4までのいずれか1項記載の
    加熱装置。
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