WO1997002150A1 - Verfahren zum betrieb eines kraftstoffverdampfungsbrenners eines fahrzeugheizgerätes - Google Patents

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WO1997002150A1
WO1997002150A1 PCT/DE1996/001223 DE9601223W WO9702150A1 WO 1997002150 A1 WO1997002150 A1 WO 1997002150A1 DE 9601223 W DE9601223 W DE 9601223W WO 9702150 A1 WO9702150 A1 WO 9702150A1
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Heinrich Wacker
Michael Humburg
Peter Steiner
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Firma J. Eberspächer
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    • B60H2001/2253Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant obtaining information from a variable, e.g. by means of a sensor related to an operational state of the vehicle or a vehicle component

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a fuel vaporization burner of a vehicle heater according to the preamble of patent claim 1.
  • Vehicle heaters are used in vehicles with low-consumption diesel engines, among other things, as so-called auxiliary heaters.
  • auxiliary heaters The reason for this is that the waste heat of such engines at low outside temperatures and certain operating states is too low for adequate vehicle heating. In such operating states, when the outside temperature is correspondingly low, the aforementioned auxiliary heaters are automatically started up by control elements installed in the vehicle or the engine.
  • the auxiliary heater When the auxiliary heater is switched on, the fuel supplied is evaporated and ignited with the aid of air using a glow plug. After ignition, the glow plug usually remains only until one is formed the flame fuel maintained active for a period of time. As soon as the fuel combustion can take place solely through the fully developed flame, the glow plug is switched off.
  • start-up operating programs For the start-up phase of the burner of an auxiliary heater, quite complex operating programs are generally used in order to achieve a high burner efficiency with clean exhaust gases with as little energy expenditure as possible. These start-up operating programs are usually control methods which run depending on the actually measured operating state values within the burner and its effect on the heat transfer medium.
  • the exhaust gas values at the start are unfavorable can be recognized by the formation of smoke and smoke in the exhaust gases.
  • auxiliary heaters In a vehicle, auxiliary heaters generally heat the engine's cooling water, which is led by the cooling water circuit pump through the auxiliary heater. Due to the lack of a separate water pump, the auxiliary heater must be automatically put out of operation for safety reasons when the engine is switched off. In practice, this partly prevents the auxiliary heater from being switched off when the engine is switched off, even if the usual start program for the auxiliary heater's burner has not yet been completed. If, in such a case, the engine is restarted after being switched off and the auxiliary heater is also put into operation again, the above-mentioned formation of smoke in the exhaust gas of the auxiliary heater can occur.
  • the problem with which the present invention is concerned is that the formation of smoke and smoke in the burner exhaust gas can be reliably avoided without any particular design effort.
  • This problem is solved by carrying out a method according to the characterizing feature of patent claim 1.
  • This solution is based on the idea of eliminating the negative exhaust gas effects that occur with a short time after an engine is switched off due to a renewed engine start by briefly continuing to operate the auxiliary heater beyond the point in time when the engine is switched off.
  • the continued operation of the burner with the engine switched off is carried out in the aforementioned case for as long as is necessary on the one hand to avoid exhaust gas deterioration when a new engine is started and on the other hand is permitted for safety reasons, for example with reference to overheating of the heater.
  • the further operating time is advantageously determined as a function of the operating data prevailing on the burner when a motor is switched off within the heater.
  • the temperatures of the heat transfer medium and in particular of the heat-transferring wall of the heater between the flame and the heat transfer medium determine, inter alia, the maximum further operating time which is possible for safety reasons with regard to the risk of overheating.
  • the value of the temperature of an already existing flame, with which the fuel is burned within the burner, can also be used to determine whether or not the auxiliary heater must be operated briefly when the auxiliary heater is switched off. Such continued operation is in particular not be required if the ground up ⁇ existing temperature of the fuel can be expected already by a completeness, ⁇ ended burning. If, on the other hand, a temperature is measured at which the fuel cannot yet be completely combusted, this is at least a first criterion for the continued operation of the auxiliary heater in order to avoid unfavorable exhaust gas formation when starting again after the engine has been switched off.
  • the time between the last start of the heater and the formation of a flame that burns the fuel is practically a measure of how warm the burner must have been at the last start.
  • the presence of a large period of time or a flame which is not yet present means that the burner was cold at the start, whereas it must have been at a relatively high temperature in a short period of time when the burner was started.
  • the period of time between the start and formation of a flame that burns the fuel is always measured in vehicle heaters, since without the formation of a flame, fuel may only be introduced into the burner for a limited period of time for safety reasons. This parameter can thus also be used for the regulation of the continued heating operation of the additional heating device when the engine is switched off, without any special effort.

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Abstract

Durch ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftstoffverdampfungsbrenners eines Fahrzeugheizgerätes mit einer die Kraftstofferbrennung einleitenden und für einen begrenzten Anfangszeitraum unterstützenden Glüheinrichtung soll vermieden werden, daß das Heizgerät nach einem Start in einem Zustand abgestellt werden kann, bei dem ein folgendes erneutes Starten zu einem ungünstigen Abgas unter beispielsweise Rauch- und Qualmentwicklung führt. Zu diesem Zweck ist bei solchen Betriebszuständen nur ein zeitlich verzögertes Abstellen des Brenners möglich. Ob eine solche Verzögerung erfolgen und gegebenenfalls wie lange sie andauern muß, kann durch Feststellen und Auswerten der Betriebsdaten des Brenners in dem Zeitpunkt, in dem dieser abgestellt werden soll, festgelegt werden.

Description

Verfahren zum Betrieb eines Kraftstoffver¬ dampfungsbrenners eines Fahrzeugheizgerätes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftstoffverdampfungsbrenners eines Fahrzeugheizgerätes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Fahrzeugheizgeräte werden bei Fahrzeugen mit verbrauchsarmen Dieselmotoren unter anderem als sogenannte Zuheizgeräte ein¬ gesetzt. Der Grund hierfür ist, daß die Abwärme solcher Mo¬ toren bei niedrigen Außentemperaturen und bestimmten Be¬ triebszuständen für eine ausreichende Fahrzeugheizung zu ge¬ ring ist. In solchen Betriebszuständen werden bei entspre¬ chend niedriger Außentemperatur die vorgenannten Zuheizgerä¬ te automatisch durch in das Fahrzeug bzw. den Motor einge¬ baute Steuerungselemente in Betrieb gesetzt.
Bei einem eingeschalteten Zuheizgerät wird zugeführter Kraftstoff unter Luftzufuhr mit Hilfe einer Glühkerze ver¬ dampft und gezündet . Nach einem Zünden bleibt die Glühkerze in der Regel bis zur Ausbildung einer ausschließlich durch die Kraftstoffzufuhr unterhaltenen Flamme für eine gewisse Zeit aktiv. Sobald die KraftstoffVerbrennung allein durch die voll ausgebildete Flamme erfolgen kann, wird die Glüh¬ kerze abgeschaltet. Für die Startphase des Brenners eines Zuheizgerates werden in der Regel recht komplexe Betrieb¬ sprogramme eingesetzt, um mit einem möglichst geringen Ener¬ gieaufwand einen hohen Brennerwirkungsgrad bei sauberen Ab¬ gasen zu erreichen. Diese Start-Betriebsprogramme sind übli¬ cherweise Regelverfahren, die in Abhängigkeit tatsächlich gemessener Betriebszustandswerte innerhalb des Brenners so¬ wie seiner Auswirkung auf das Wärmeträgermedium ablaufen.
Bei Heizgeräten, die sich in der Form eines Zuheizgerates in Abhängigkeit von vorgegebenen Motorbetriebsdaten sowie der Temperatur der Außenluft automatisch einschalten, kann es vorkommen, daß diese Geräte bereits zu einem Zeitpunkt auto¬ matisch wieder abgestellt werden, in dem noch keine voll¬ ständig ausgebildete Verbrennung in dem Zuheizer abgelaufen ist. Ein solcher Zustand liegt immer dann vor, wenn der an sich für eine Betriebsaufnahme des Zuheizers vorgesehene Startbetrieb noch nicht vollständig abgeschlossen ist.
Bei Wiederaufnahme des Zuheizerbetriebs nach einem Abstellen des Zuheizers in einem Zustand, in dem noch keine vollstän¬ dige kontinuierliche Verbrennung des Kraftstoffes eingesetzt hat, kommt es bei dem Start zu ungünstigen Abgaswerten, die an einer Qualm- und Rauchbildung bei den Abgasen erkennbar sind.
Zuheizgeräte heizen in einem Fahrzeug in der Regel das Kühl¬ wasser des Motors auf, das von der Kühlwasser-Kreislaufpumpe durch das Zuheizgerät geführt wird. Durch das Fehlen einer eigenen Wasserpumpe muß das Zuheizgerät aus Sicherheitsgrün¬ den beim Ausschalten des Motors automatisch mit außer Be¬ trieb gesetzt werden. Hierdurch läßt es sich in der Praxis teilweise nicht vermeiden, daß mit Ausschalten des Motors auch das Zuheizgerät ausgeschaltet wird und zwar auch dann, wenn das übliche Startprogramm für den Brenner des Zuheizge¬ rates noch nicht vollständig abgeschlossen ist. Wird der Mo¬ tor in einem solchen Fall nach dem Abschalten erneut gestar¬ tet und damit auch das Zuheizgerät wieder in Betrieb ge¬ setzt, so kann es zu der obengenannten Qualmbildung im Abgas des Zuheizgerates kommen.
Ohne einen besonderen konstruktiven Aufwand eine solche Qualm- und Rauchbildung bei dem Brennerabgas sicher zu ver¬ meiden, ist das Problem, mit dem sich die vorliegende Erfin¬ dung beschäftigt.
Gelöst wird dieses Problem durch eine Verfahrensführung nach dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruchs 1. Diese Lösung beruht auf dem Gedanken, die mit Bezug auf das Abgas bei einem kurzfristig nach dem Abschalten eines Motors durch einen erneuten Motorstart auftretenden negativen Ab¬ gasauswirkungen durch einen kurzfristigen Weiterbetrieb des Zuheizgerates über den Zeitpunkt des Ausschaltens des Motors hinaus zu beheben. Dies heißt mit anderen Worten, ein Zu¬ heizgerät, wird dann nicht zwangsläufig durch das Ausschal¬ ten eines Motors außer Betrieb gesetzt, wenn die Brennver¬ hältnisse aufgrund eines erst kurz zuvor erfolgten Brenner¬ starts noch keine vollständige Kraftstoffverbrennung zuge¬ lassen haben. Der Weiterbetrieb des Brenners bei abgeschal¬ tetem Motor wird in dem vorgenannten Fall so lange vorgenom¬ men, wie dies einerseits zur Vermeidung einer Abgasver¬ schlechterung bei einem folgenden neuen Motorstart notwendig und andererseits aus Sicherheitsgründen mit beispielsweise Bezug auf eine Überhitzung des Heizgerätes zulässig ist. Um mit Bezug auf die vorgenannten Umstände ein Optimum erzielen zu können, bestimmt sich die Weiterbetriebszeit vorteilhaf¬ terweise in Abhängigkeit der beim Ausschalten eines Motors innerhalb des Heizgerätes an dem Brenner herrschenden Be¬ triebsdaten. Durch jeweilige Auswertung dieser Betriebsdaten kann die jeweils günstigste Zeitspanne für einen weiteren Betrieb ermittelt und der Weiterbetrieb zeitmäßig ent- spechend geregelt werden, vorausgesetzt, ein Weiterbetrieb ist nach Auswertung dieser Daten überhaupt erforderlich. Als die Weiterbetriebszeit maßgeblich bestimmende Betriebs¬ kenndaten sind insbesondere folgende Parameter anzusehen.
- Temperatur des in dem Heizgerät aufgewärmten Wärmeträger¬ mediums,
- Temperatur einer bereits vorhandenen Flamme, mit der der Kraftstoff verbrennt,
- Zeitspanne zwischen dem letzten Start des Heizgerätes bis zur Ausbildung einer den Kraftstoff verbrennenden Flamme,
- Temperatur des Brenners,
Temperatur der wärmeübertragenden Wand des Heizgerätes zwischen Flamme und Wärmeträgermedium.
Die Temperaturen des Wärmeträgermediums und insbesondere der wärmeübertragenden Wand des Heizgerätes zwischen Flamme und Wärmeträgermedium bestimmen unter anderem die aus Sicher¬ heitsgründen mit Rücksicht auf die Gefahr einer Überhitzung mögliche maximale Weiterbetriebszeit .
Über den Wert der Temperatur einer bereits vorhandenen Flam¬ me, mit der der Kraftstoff innerhalb des Brenners verbrannt wird, läßt sich ebenfalls bestimmen, ob bei einem motorbe¬ dingten Abschalten des Zuheizers dieser kurzzeitig weiterbe¬ trieben werden muß oder nicht. Ein solcher Weiterbetrieb wird insbesondere dann nicht erforderlich sein, wenn auf¬ grund der vorhandenen Temperatur bereits von einem vollstän¬ digen Verbrennen des Kraftstoffes ausgegangen werden kann. Ist dagegen eine Temperatur gemessen, bei der der Kraftstoff noch nicht vollständig verbrannt sein kann, ist dies zumin¬ dest ein erstes Kriterium dafür, daß ein Weiterbetrieb des Zuheizgerates zur Vermeidung einer ungünstigen Abgasbildung bei erneutem Start nach dem Abstellen eines Motors erfolgen soll.
Die Zeitspanne zwischen dem letzten Start des Heizgerätes bis zur Ausbildung einer den Kraftstoff verbrennenden Flamme ist praktisch ein Maß dafür, wie warm der Brenner bei dem letzten Start gewesen sein muß. Damit bedeutet das Vorliegen einer großen Zeitspanne bzw. einer überhaupt noch nicht vor¬ handenen Flamme, daß der Brenner bei Start kalt gewesen ist, während er bei einer kurzen Zeitspanne bei Start des Bren¬ ners bereits eine relativ hohe Temperatur gehabt haben muß. Die Zeitspanne zwischen Start und Ausbildung einer den Kraftstoff verbrennenden Flamme wird bei Fahrzeugheizgeräten grundsätzlich immer gemessen, da ohne Ausbildung einer Flam¬ me nur über einen begrenzten Zeitraum Kraftstoff in den Brenner aus Sicherheitsgründen eingegeben werden darf. Damit kann dieser Parameter ohne besonderen Aufwand für die Rege¬ lung des Weiterheizbetriebes des Zusatzheizgerätes bei abge¬ schaltetem Motor mit herangezogen werden.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung lassen sich in recht funk¬ tionssicherer Weise ungünstige Abgaswerte bei einem erneuten Start eines Motors vermeiden, wenn der Motor zuvor noch wäh- rend einer nicht vollständig beendeten Startphase des Zu¬ heizgerates abgeschaltet worden ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines Kraftstoffverdampfungsbren¬ ners eines Fahrzeugheizgerätes mit einer die Kraftstoffver¬ brennung einleitenden und für einen begrenzten Anfangszeit¬ raum unterstützenden Glüheinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner bei durch einen Kurzzeitbetrieb bedingten Betriebszuständen, die bei einer auf eine Betriebsunterbre¬ chung folgenden Wiederaufnahme des Betriebes zu ungünstigen Abgaswerten führen würden, nur verzögert abschaltbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zu einer Zeit eingeleiteten Betriebsunterbre¬ chung, in der eine solche aufgrund des augenblicklichen Be- triebszustandes nicht möglich ist, anhand des augenblickli¬ chen Betriebszustandes eine bis zu einer Unterbrechung not¬ wendige Betriebsfortsetzungszeit ermittelt und der Betrieb erst mit einer dieser Zeitspanne entsprechenden Verzögerung eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustände, die eine Betriebsunterbrechung verhindern, durch zumindest einen der folgenden Betriebsparameter be¬ stimmt werden:
- Temperatur des in dem Heizgerät aufgewärmten Wärmeträger¬ mediums,
- Temperatur einer bereits vorhandenen Flamme, mit der der Kraftstoff in dem Brenner verbrennt,
- Zeitspanne zwischen dem letzten Start des Heizgerätes bis zur Ausbildung einer den Kraftstoff verbrennenden Flamme,
- Temperatur des Brenners,
- Temperatur der wärmeübertragenden Wand des Heizgerätes zwischen Flamme und Wärmeträgermedium.
PCT/DE1996/001223 1995-07-05 1996-07-02 Verfahren zum betrieb eines kraftstoffverdampfungsbrenners eines fahrzeugheizgerätes WO1997002150A1 (de)

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