WO2006060980A1 - Burner device for liquid fuel - Google Patents

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WO2006060980A1
WO2006060980A1 PCT/DE2005/002104 DE2005002104W WO2006060980A1 WO 2006060980 A1 WO2006060980 A1 WO 2006060980A1 DE 2005002104 W DE2005002104 W DE 2005002104W WO 2006060980 A1 WO2006060980 A1 WO 2006060980A1
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WO
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preheating
burner device
preheating element
fuel
heating
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PCT/DE2005/002104
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German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Bäcker
Matthias Jahn
Michael Keppler
Original Assignee
Webasto Ag
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/44—Preheating devices; Vaporising devices
    • F23D11/441—Vaporising devices incorporated with burners
    • F23D11/448—Vaporising devices incorporated with burners heated by electrical means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D3/00—Burners using capillary action
    • F23D3/40—Burners using capillary action the capillary action taking place in one or more rigid porous bodies

Definitions

  • the invention relates to a burner device for liquid fuel, in particular for use in a heater of a motor vehicle, with an electrically heatable preheating element for preheating fuel before its combustion.
  • Such burners are frequently used as motor-independent auxiliary heating in motor vehicles.
  • Such vaporization burners have a porous vaporization element, e.g. a nonwoven or a porous solid, which is impregnated via a fuel supply with liquid fuel.
  • the liquid fuel evaporates at the pores and at the surface of the evaporation element and forms an ignitable mixture with supplied combustion air.
  • the mixture is removed by means of an electric ignition device, e.g. a glow plug, ignited.
  • an electric ignition device e.g. a glow plug
  • the evaporation element is often preheated. Firstly, this evaporation is generally supported; to another can through the preheating be guaranteed regardless of the ambient temperatures constant ignition conditions.
  • liquid fuel is atomized into a mixing chamber where it is swirled with combustion air to form an ignitable mixture.
  • the fuel can also be preheated in this type of burner, for example by heating the mixing chamber itself or preheating the fuel to be atomized.
  • the ambient temperature does not necessarily allow a conclusion on component temperatures at the heater and the coolant temperature of the vehicle may have, for example by built-in valves in the coolant circuit temperature jumps, so that even measured at a location of the coolant circuit temperature value is not necessary, the temperatures of components in the Heater reflects.
  • the sensors for ambient and / or coolant temperature and the control unit of the heater there is a need for communication between the sensors for ambient and / or coolant temperature and the control unit of the heater.
  • different data protocols must be coordinated, which can pose considerable problems especially for retrofittable heaters.
  • the preheating element is part of a measuring circuit, by means of which the preheating element for determining an electrical resistance with an electrical measuring current is chargeable.
  • This invention is based on the idea of assigning a double function to the preheating element already present in the burner device and at the same time as preheating element and to use as a thermosensor. This idea is based on the knowledge that the electrical resistances of conventional preheating elements are strongly temperature-dependent. By measuring the electrical resistance of the preheating element can therefore be closed to its temperature and thus to the core temperature of the burner device.
  • a control device which controls the charging of the preheating element with the measuring current and makes the determined resistance value or a value derived therefrom available for influencing the burner device control.
  • the measured resistance value itself, a temperature value calculated therefrom, a temperature value read from a look-up table, or some other, derived value can be used to control the ignition process in a known manner.
  • the preheating element is connected to electrical supply lines via which it can be charged both with an electrical heating current and with the measuring current.
  • electrical supply lines can connect the heater to its control unit, which contains both a current source for the electrical heating of the preheating element and a current source and possibly an evaluation circuit for the measuring circuit.
  • the charging of the preheating element is timed with measuring current or heating current.
  • a weak measuring current can be periodic be sent through the preheating element, for example, to determine a suitable time to start the ignition process. If, for example, the temperature falls below a threshold temperature, this is determined on the basis of the resistance value determined, and a significantly higher heating current is conducted through the preheating element in the intervals between the individual resistance measurements.
  • the preheating can be monitored by further, periodic resistance measurements during which the heating power is switched off for a short time in order to initiate the fuel supply, the actual ignition process at a suitable time and / or later to control temperature-dependent changes in the combustion conditions.
  • the temporal timing, ie the switching between measuring and heating current is preferably controlled by the control unit of the heater.
  • the preheating element is designed as an electrically directly heatable support plate of an evaporation element of an evaporative burner.
  • the preheating element is designed as a wall of a mixing chamber for mixing liquid fuel and combustion air.
  • the preheating element is designed as an electrical incandescent body for generating radiant heat.
  • This can be the case, for example, in evaporative burners, in which the evaporation element is preheated indirectly by a heat radiator.
  • This can be for example a glow plug, the advantageous way at the same time serves as an ignition device for the resulting ignitable mixture.
  • the preheating element may be formed as an electric heating element surrounding a fuel supply line. In this case, a preheating of the still liquid fuel takes place.
  • the heating element is located in the fuel supply, in particular in a sleeve overflowed with fuel. It can also be provided that the heating element is flowed around directly by the fuel.
  • the flow guidance of the fuel via the sleeve can be positively influenced by guide elements on the sleeve surface (longitudinal grooves or longitudinal ribs, spiral ribs or the like). It is an annular gap structure in which the fuel is heated by an internal heating element.
  • the temperatures determined by these can be used for a plausibility check of the temperatures measured by the preheating element.
  • the additional temperature values can also be used to control the heater.
  • the state of fuel delivery eg off, partial load or full load
  • the operating condition of a fan eg off, partial load or full load speed
  • the invention has the added advantage of a safety function.
  • One example is so-called "back burners", which occur when the combustion air is dam- aged and can lead to inadmissibly high temperatures in the area of the fuel or combustion air supply.
  • active heating operation of the preheating invention it is possible to close the ambient temperature or the medium temperature of combustion air and / or fuel by evaluating the heating power required for a given desired value of the heating resistor. This information can then be used in turn, for example, to make a dependent on the ambient temperature adjustment of the CO 2 adjustment of the combustion. This means that the blower output is adjusted to the set fuel mass flow.
  • This evaluation of the heating power required in active heating operation can also be used to detect the fuel filling state in the region of the preheating element. This information can then be used to start the starting process at the filling level of the fuel system. Tems be adapted, for example, which can be used to reduce soot formation or NO x formation.
  • Figure 1 is a schematic representation of an evaporation element according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a preferred exemplary embodiment of the present invention with reference to an evaporation element of a heating device, which is particularly suitable for use in a motor vehicle independent of the engine.
  • the evaporation element is composed of a sealing layer 10, an insulating layer 12, an electrically heatable preheating element 14, a distributor plate 16 for liquid fuel and an evaporation body 18.
  • the evaporation element forms the bottom of a cylindrical combustion chamber, the outer wall 20 is shown in Figure 1 only on one side.
  • a fuel supply line 22 of the distributor plate 16 liquid fuel is supplied, with which a porous evaporation body 18 is wetted. From the surface of the porous evaporation body 18, the supplied fuel vaporizes and forms with likewise supplied combustion. (not shown) an ignitable mixture which can be ignited at an appropriate time by means of an ignition device 24.
  • a preheating element 14 is provided, which is designed as an electrically heatable plate, which can carry heating coils, for example.
  • the preheating element 14 performs a dual function, namely the previously described preheating function for supporting the fuel evaporation and an additional function as a temperature sensor.
  • the preheating element 14 is connected to a control device 26 shown schematically.
  • a current source 28 for generating a heating current I H is arranged in the control unit 26, a current source 28 for generating a heating current I H is arranged.
  • the heating current source 28 can be connected via a switch 30 with the preheating element 14, so that it is charged with a heating current which is sufficiently large to ensure rapid heating of the preheater and the adjacent evaporation body 16.
  • the preheating element 14 In the illustrated in Figure 1 position of the switch 30, the preheating element 14, however, with a second current source, the measuring current source 32 is connected. In this switch position, the preheating element 14 is charged with a measuring current I M , which is much weaker than the heating current. In particular, the measuring current should be dimensioned so that no significant heating of the preheating element 14 is generated by it.
  • a measuring device with which, with the knowledge of the measuring current source parameters, the usual way is based on the measuring current on the electrical resistance of the preheating element. mentes 14 can be closed. Since the electrical resistance of conventional electrically conductive materials, in particular metals, strongly depends on their temperature, it is possible to deduce its temperature from the measured electrical resistance of the preheating element.
  • the exemplary embodiment shown is particularly favorable, since an additional supply line for the connection between preheating element 14 and measuring current source 32 is not required.
  • a combined measuring / heating current source can be provided, whose parameters are monitored and used for resistance measurement.
  • the current can be changed between measuring and heating periods.
  • the heating current itself as the measuring current, which, however, could lead to measured value distortions because of the associated heating of the preheating element.
  • the person skilled in the art has extensive possibilities for variation.
  • the specific embodiment of the heating device or the preheating element is not limited to the embodiment described in the context of the specific description and illustrated in the FIGURE. Rather, the preheating element, to which the double function according to the invention is assigned as a temperature sensor, can also be designed as a heat radiation source, mixing chamber wall or in another way.
  • the double use of the electrical supply line shown in FIG. 1 is also not absolutely necessary within the scope of the invention.

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Abstract

The invention relates to a burner device for liquid fuel, particularly for use in a heating unit of a motor vehicle, comprising an electrically heatable preheating element (14) for preheating fuel before its combustion. The invention is characterized in that the preheating element (14) is part of a measuring circuit by means of which the preheating element (14) can be supplied with an electrical measuring current (I<SUB>M</SUB>) in order to determine an electrical resistance.

Description

Brennervorrichtung für flüssigen BrennstoffBurning device for liquid fuel
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennervorrichtung für flüssigen Brennstoff, insbesondere zum Einsatz in einem Heizgerät eines Kraftfahrzeuges, mit einem elektrisch beheizbaren Vorwärmelement zum Vorheizen von Brennstoff vor dessen Verbrennung.The invention relates to a burner device for liquid fuel, in particular for use in a heater of a motor vehicle, with an electrically heatable preheating element for preheating fuel before its combustion.
Derartige Brenner, wie Sie beispielsweise aus DE 4 003 090 Cl, in der ein sogenannter Verdampfungsbrenner offenbart wird, bekannt sind, finden vielfach Anwendung als motorunabhängige Zusatzheizung in Kraftfahrzeugen. Solche Verdampfungsbrenner weisen ein poröses Verdampfungselement, z.B. ein Vlies oder einen porösen Festkörper, auf, welches über eine BrennstoffZuleitung mit flüssigem Brennstoff getränkt wird. Der flüssige Brennstoff verdampft an den Poren und an der Oberfläche des Verdampfungselementes und bildet mit zugeführter Verbrennungsluft ein zündfähiges Gemisch. Das Gemisch wird mittels einer elektrischen Zündvorrichtung, z.B. einem Glühstift, gezündet. Durch Steuerung der Kraftstoffzufuhr kann die Verbrennung im gewünschten Maße aufrecht erhalten werden.Such burners, as are known, for example, from DE 4 003 090 C1, in which a so-called vaporization burner is disclosed, are frequently used as motor-independent auxiliary heating in motor vehicles. Such vaporization burners have a porous vaporization element, e.g. a nonwoven or a porous solid, which is impregnated via a fuel supply with liquid fuel. The liquid fuel evaporates at the pores and at the surface of the evaporation element and forms an ignitable mixture with supplied combustion air. The mixture is removed by means of an electric ignition device, e.g. a glow plug, ignited. By controlling the fuel supply, the combustion can be maintained to the desired extent.
Zur Unterstützung der Verdampfung wird das Verdampfungselement häufig vorgeheizt. Zum einen wird hierdurch die Verdampfung allgemein unterstützt; zum anderen können durch die Vorheizung unabhängig von den Umgebungstemperaturen gleichbleibende Zündbedingungen gewährleistet werden.To assist evaporation, the evaporation element is often preheated. Firstly, this evaporation is generally supported; to another can through the preheating be guaranteed regardless of the ambient temperatures constant ignition conditions.
Bei anderen Brennertypen, sogenannten Zerstäuberbrennern wird flüssiger Brennstoff in eine Mischkammer zerstäubt, wo er mit Verbrennungsluft zur Bildung eines zündfähigen Gemisches verwirbelt wird. Zur Unterstützung der Zündfähigkeit und Vereinheitlichung der Zündbedingungen kann auch bei diesem Brennertyp der Brennstoff vorgeheizt werden, bei- spielsweise durch Heizung der Mischkammer selbst oder Vorheizung des zu zerstäubenden Brennstoffes.In other types of burners, so-called atomizer burners, liquid fuel is atomized into a mixing chamber where it is swirled with combustion air to form an ignitable mixture. To support the ignitability and standardization of the ignition conditions, the fuel can also be preheated in this type of burner, for example by heating the mixing chamber itself or preheating the fuel to be atomized.
Es ist allgemein bekannt, den Zündvorgang von einem bestimmten Temperaturwert abhängig zu machen. Dies kann so- wohl den Zeitpunkt der Zündung als auch den konkreten Zündablauf, einschließlich ZuführungsSteuerung von Brennstoff und/oder Verbrennungsluft betreffen. Als relevanter Temperaturwert wird häufig die Umgebungstemperatur und/oder die Kühlmitteltemperatur eines Kraftfahrzeuges verwendet. Letz- teres kann insbesondere dann der Fall sein, wenn die Brennervorrichtung mit einem Wärmetauscher in thermischem Kontakt steht, der Teil des Kühlmittelkreislaufs der Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs ist. Beide Temperaturwerte sind jedoch zur ZündungsSteuerung nur bedingt geeignet. So lässt die Umgebungstemperatur nicht unbedingt einen Rück- Schluss auf Bauteiltemperaturen am Heizgerät zu und die Kühlmitteltemperatur des Fahrzeuges kann z.B. durch eingebaute Ventile im Kühlmittelkreislauf Temperatursprünge aufweisen, so dass auch ein an einem Ort des Kühlmittelkreis- laufes gemessener Temperaturwert nicht notwendig die Temperaturen von Bauteilen im Heizgerät wiederspiegelt. Zudem besteht die Notwendigkeit einer Kommunikation zwischen den Sensoren für Umgebungs- und/oder Kühlmitteltempe- ratur und dem Steuergerät des Heizgerätes. Hier müssen verschiedene Datenprotokolle aufeinander abgestimmt werden, was insbesondere bei nachrüstbaren Heizgeräten erhebliche Probleme aufwerfen kann.It is generally known to make the ignition process dependent on a certain temperature value. This can relate both to the time of ignition and to the actual ignition sequence, including supply control of fuel and / or combustion air. As a relevant temperature value often the ambient temperature and / or the coolant temperature of a motor vehicle is used. The latter may in particular be the case when the burner device is in thermal contact with a heat exchanger which is part of the coolant circuit of the internal combustion engine of the vehicle. However, both temperature values are only conditionally suitable for ignition control. Thus, the ambient temperature does not necessarily allow a conclusion on component temperatures at the heater and the coolant temperature of the vehicle may have, for example by built-in valves in the coolant circuit temperature jumps, so that even measured at a location of the coolant circuit temperature value is not necessary, the temperatures of components in the Heater reflects. In addition, there is a need for communication between the sensors for ambient and / or coolant temperature and the control unit of the heater. Here, different data protocols must be coordinated, which can pose considerable problems especially for retrofittable heaters.
Die alternative Verwendung zusätzlicher, in das Heizgerät eingebauter Temperaturfühler, die beispielsweise aus DE 199 24 329 Al bekannt ist, in der separate Temperaturfühler im Glühkerzenstutzen, in der Verbrennungsluftzuführung und im Kühlmittelkreislauf des Wärmetauschers vorgesehen sind, erfordert durch zusätzliche Bauteile einen größeren Bauraum, was zu vermehrtem Platzbedarf und erhöhten Kosten führt.The alternative use of additional, built into the heater temperature sensor, which is known for example from DE 199 24 329 Al, are provided in the separate temperature sensor in the glow plug, in the combustion air supply and in the coolant circuit of the heat exchanger requires additional components a larger space, which Increased space requirements and increased costs leads.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gattungsgemäße Brennervorrichtung derart weiterzubilden, dass die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik überwun- den werden, und insbesondere eine Brennervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die ohne großen Aufwand eine Temperaturerfassung in der Brennervorrichtung selbst ermöglicht.It is the object of the present invention to further develop a generic burner device in such a way that the aforementioned disadvantages of the prior art are overcome and, in particular, to provide a burner device which enables temperature detection in the burner device itself without great effort.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des O- berbegriffes von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass das Vorwärmelement Teil eines Messkreises ist, mittels dessen das Vorwärmelement zur Ermittlung eines elektrischen Widerstandes mit einem elektrischen Messstrom beschickbar ist.This object is achieved in conjunction with the features of the O-berbegriffes of claim 1, characterized in that the preheating element is part of a measuring circuit, by means of which the preheating element for determining an electrical resistance with an electrical measuring current is chargeable.
Dieser Erfindung liegt die Idee zugrunde, dem in der Brennervorrichtung bereits vorhandenen Vorwärmelement eine Doppelfunktion zuzuweisen und es zugleich als Vorwärmelement und als Thermofühler zu benutzen. Diese Idee baut auf der Erkenntnis auf, dass die elektrischen Widerstände üblicher Vorwärmelemente stark temperaturabhängig sind. Durch Messung des elektrischen Widerstandes des Vorwärmelementes kann daher auf dessen Temperatur und somit auf die Kerntemperatur der Brennervorrichtung geschlossen werden.This invention is based on the idea of assigning a double function to the preheating element already present in the burner device and at the same time as preheating element and to use as a thermosensor. This idea is based on the knowledge that the electrical resistances of conventional preheating elements are strongly temperature-dependent. By measuring the electrical resistance of the preheating element can therefore be closed to its temperature and thus to the core temperature of the burner device.
Günstigerweise ist ein Steuergerät vorgesehen, welches die Beschickung des Vorwärmelementes mit dem Messstrom steuert und den ermittelten Widerstandswert oder einen daraus abgeleiteten Wert zur Beeinflussung der Brennervorrichtungs- steuerung zur Verfügung stellt. Je nach Programmierung kann der gemessene Widerstandswert selbst, ein hieraus berechneter Temperaturwert, ein aus einer Look-Up-Tabelle abgelese- ner Temperaturwert oder ein sonstiger, abgeleiteter Wert benutzt werden, um in bekannter Weise den Zündvorgang zu steuern.A control device is advantageously provided which controls the charging of the preheating element with the measuring current and makes the determined resistance value or a value derived therefrom available for influencing the burner device control. Depending on the programming, the measured resistance value itself, a temperature value calculated therefrom, a temperature value read from a look-up table, or some other, derived value can be used to control the ignition process in a known manner.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Vorwärmelement mit elektrischen Zuleitungen verbunden ist, über die es sowohl mit einem elektrischen Heizstrom als auch mit dem Messstrom beschickbar ist. Auf diese Weise erübrigen sich nämlich gesonderte Zuleitungen zur Ausbildung des Messkreises. Beispielsweise können diese Zuleitungen das Heizgerät mit sei- nem Steuergerät verbinden, welches sowohl eine Stromquelle für die elektrische Beheizung des Vorwärmelementes als auch eine Stromquelle und ggf. eine AuswertungsSchaltung für den Messkreis enthält.It is particularly advantageous if the preheating element is connected to electrical supply lines via which it can be charged both with an electrical heating current and with the measuring current. In this way, separate supply lines to form the measuring circuit are unnecessary. For example, these leads can connect the heater to its control unit, which contains both a current source for the electrical heating of the preheating element and a current source and possibly an evaluation circuit for the measuring circuit.
Vorteilhafterweise erfolgt die Beschickung des Vorwärmelementes mit Messstrom bzw. Heizstrom zeitlich getaktet. So kann beispielsweise ein schwacher Messstrom periodisch durch das Vorwärmelement geschickt werden, um beispielsweise einen geeigneten Zeitpunkt zum Start des Zündvorganges zu ermitteln. Wird etwa eine Schwellentemperatur unterschritten, wird dies anhand des ermittelten Widerstandswer- tes festgestellt und in den Intervallen zwischen den einzelnen Widerstandsmessungen ein wesentlich stärkerer Heizstrom durch das Vorwärmelement geleitet. Die Vorheizung kann durch weitere, periodische Widerstandsmessungen, während derer die Heizleistung kurzfristig abgeschalten wird, überwacht werden, um zu einem geeigneten Zeitpunkt die Brennstoffzufuhr, den eigentlichen Zündvorgang einzuleiten und/oder später temperaturabhängige Änderungen der Verbrennungsbedingungen anzusteuern. Die zeitliche Taktung, d.h. die Umschaltung zwischen Mess- und Heizstrom wird vorzugs- weise von dem Steuergerät des Heizgerätes gesteuert.Advantageously, the charging of the preheating element is timed with measuring current or heating current. For example, a weak measuring current can be periodic be sent through the preheating element, for example, to determine a suitable time to start the ignition process. If, for example, the temperature falls below a threshold temperature, this is determined on the basis of the resistance value determined, and a significantly higher heating current is conducted through the preheating element in the intervals between the individual resistance measurements. The preheating can be monitored by further, periodic resistance measurements during which the heating power is switched off for a short time in order to initiate the fuel supply, the actual ignition process at a suitable time and / or later to control temperature-dependent changes in the combustion conditions. The temporal timing, ie the switching between measuring and heating current is preferably controlled by the control unit of the heater.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Vorwärmelement als eine elektrisch direkt heizbare Trägerplatte eines Verdampfungselementes eines Verdampfungsbrenners ausgebildet.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the preheating element is designed as an electrically directly heatable support plate of an evaporation element of an evaporative burner.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist das Vorwärmelement als Wandung einer Mischkammer zur Mischung von flüssigem Brennstoff und Verbrennungsluft ausgebildet.In an alternative embodiment, the preheating element is designed as a wall of a mixing chamber for mixing liquid fuel and combustion air.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Vorwärmelement als elektrischer Glühkörper zur Erzeugung von Strahlungswärme ausgebildet. Dies kann beispielsweise in Verdampfungsbrennern der Fall sein, bei denen das Ver- dampfungselement indirekt durch einen Wärmestrahler vorgewärmt wird. Dies kann beispielsweise eine Glühkerze sein, die vorteilhafter Weise zugleich als Zündvorrichtung für das entstehende, zündfähige Gemisch dient.In a further embodiment of the invention, the preheating element is designed as an electrical incandescent body for generating radiant heat. This can be the case, for example, in evaporative burners, in which the evaporation element is preheated indirectly by a heat radiator. This can be for example a glow plug, the advantageous way at the same time serves as an ignition device for the resulting ignitable mixture.
Bei einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung kann das Vorwärmelement als ein elektrisches Heizelement ausgebildet sein, welches eine KraftstoffZuleitung umgibt. In diesem Fall erfolgt eine Vorwärmung des noch flüssigen Brennstoffs.In yet another embodiment of the invention, the preheating element may be formed as an electric heating element surrounding a fuel supply line. In this case, a preheating of the still liquid fuel takes place.
Bei einer weiteren Ausführungsform befindet sich das Heizelement in der BrennstoffZuführung, insbesondere in einer von Brennstoff überströmten Hülse. Dabei kann ebenfalls vorgesehen sein, dass das Heizelement direkt vom Brennstoff umströmt wird. Die Strδmungsführung des Brennstoffs über die Hülse kann durch Leitelemente auf der Hülsenoberfläche (Längsriefen oder Längsrippen, Spiralrippen o.a.) positiv beeinflusst werden. Es handelt sich um einen Ringspaltaufbau bei dem der Brennstoff von einem innen liegenden Heizelement beheizt wird.In a further embodiment, the heating element is located in the fuel supply, in particular in a sleeve overflowed with fuel. It can also be provided that the heating element is flowed around directly by the fuel. The flow guidance of the fuel via the sleeve can be positively influenced by guide elements on the sleeve surface (longitudinal grooves or longitudinal ribs, spiral ribs or the like). It is an annular gap structure in which the fuel is heated by an internal heating element.
Natürlich sind, je nach konkreter Ausgestaltung der Brennervorrichtung auch Kombinationen der der vorgenannten Ausführungsformen denkbar, wobei jeweils von dem grundlegenden Erfindungsgedanken, dem Vorwärmelement die erfindungsgemäße Doppelfunktion zuzuweisen, Gebrauch gemacht werden kann.Of course, depending on the specific embodiment of the burner device, combinations of the aforementioned embodiments are conceivable, in each case by the basic idea of the invention, the preheating assign the double function according to the invention, use can be made.
Sind mehrere erfindungsgemäße oder zusätzliche, herkömmliche Temperaturfühler vorgesehen, können die von diesen ermittelten Temperaturen zu einer Plausibilitätsprüfung der durch das Vorwärmelement gemessenen Temperaturen herangezogen werden. Weiter können auch die zusätzlichen Temperaturwerte zur Steuerung des Heizgerätes verwendet werden. Je nach Anordnung des in thermischem Kontakt zum Brennstoff stehenden Vorwärmelementes (thermisch von Brennerbauteilen abgekoppelt oder an diese angekoppelt) und/oder in Abhän- gigkeit vom Zustand der Brennstoffförderung (z.B. Aus, Teillast- oder Volllastförderung) und/oder dem Betriebszustand eines Gebläses (z.B. aus, Teillast- oder Volllastdrehzahl) kann beim passiven Betrieb des Vorwärmelementes, d.h. beim reinen Messbetrieb, eine differenzierte Aussage zur Temperatur von Brennstoff und Verbrennungsluft abgeleitet bzw. bei Werten außerhalb vordefinierter Grenzen eine Fehlermeldung erzeugt werden. Somit weist die Erfindung den zusätzlichen Vorteil einer Sicherheitsfunktion auf. Ein Beispiel sind sogenannte "Rückbrenner", die bei Verdammung der Verbrennungsluft auftreten und zu unzulässig hohen Temperaturen im Bereich der Brennstoff- bzw. Verbrennungsluft- zuführung führen können.If a plurality of inventive or additional, conventional temperature sensors are provided, the temperatures determined by these can be used for a plausibility check of the temperatures measured by the preheating element. Furthermore, the additional temperature values can also be used to control the heater. Depending on the arrangement of preheating element in thermal contact with the fuel (thermally decoupled from or coupled to burner components) and / or depending on the state of fuel delivery (eg off, partial load or full load) and / or the operating condition of a fan (eg off, partial load or full load speed) can be derived during passive operation of the preheating element, ie in pure measuring mode, a differentiated statement on the temperature of fuel and combustion air or at values outside predefined limits an error message can be generated. Thus, the invention has the added advantage of a safety function. One example is so-called "back burners", which occur when the combustion air is dam- aged and can lead to inadmissibly high temperatures in the area of the fuel or combustion air supply.
Im aktiven Heizbetrieb des erfindungsgemäßen Vorwärmelernen- tes ist es möglich, durch Auswerten der für einen vorgegebenen Sollwert des Heizwiderstandes erforderlichen Heizleistung auf die Umgebungstemperatur bzw. Medientemperatur von Verbrennungsluft und/oder Brennstoff, zu schließen. Diese Information kann dann wiederum verwendet werden, um z.B. eine von der Umgebungstemperatur abhängige Anpassung der CO2-Einstellung der Verbrennung vorzunehmen. Das bedeutet die Gebläseleistung wird an den eingestellten Brennstoffmassenstrom angepasst. Diese Auswertung der im aktiven Heizbetrieb benötigten Heizleistung kann außerdem zur Er- kennung des Brennstoff-Befüllzustandes im Bereich des Vorwärmelementes verwendet werden. Mit dieser Information kann dann der Startvorgang an den Befüllstand des Brennstoffsys- tems angepasst werden, was beispielsweise zur Verminderung von Russbildung oder NOx-Bildung genutzt werden kann.In active heating operation of the preheating invention, it is possible to close the ambient temperature or the medium temperature of combustion air and / or fuel by evaluating the heating power required for a given desired value of the heating resistor. This information can then be used in turn, for example, to make a dependent on the ambient temperature adjustment of the CO 2 adjustment of the combustion. This means that the blower output is adjusted to the set fuel mass flow. This evaluation of the heating power required in active heating operation can also be used to detect the fuel filling state in the region of the preheating element. This information can then be used to start the starting process at the filling level of the fuel system. Tems be adapted, for example, which can be used to reduce soot formation or NO x formation.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nach- folgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.Further advantages of the invention will become apparent from the following, specific description and the drawings.
Es zeigt:It shows:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Verdampfungs- elementes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.Figure 1 is a schematic representation of an evaporation element according to an embodiment of the invention.
Figur 1 stellt anhand eines Verdampfungselementes eines Heizgerätes, welches insbesondere für den motorunabhängigen Einsatz in einem Kraftfahrzeug geeignet ist, ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.FIG. 1 shows a preferred exemplary embodiment of the present invention with reference to an evaporation element of a heating device, which is particularly suitable for use in a motor vehicle independent of the engine.
Dargestellt ist ein mehrschichtig aufgebautes Verdampfungselement, welches den Boden einer Brennervorrichtung bildet. Das Verdampfungselement ist aufgebaut aus einer Abschlussschicht 10, einer Isolierungsschicht 12, einem elektrisch beheizbaren Vorwärmelement 14, einer Verteilerplatte 16 für flüssigen Brennstoff und einem Verdampfungskörper 18. Das Verdampfungselement bildet den Boden eines zylindrischen Brennraumes, dessen Außenwandung 20 in Figur 1 nur einseitig dargestellt ist.Shown is a multi-layered evaporation element, which forms the bottom of a burner device. The evaporation element is composed of a sealing layer 10, an insulating layer 12, an electrically heatable preheating element 14, a distributor plate 16 for liquid fuel and an evaporation body 18. The evaporation element forms the bottom of a cylindrical combustion chamber, the outer wall 20 is shown in Figure 1 only on one side.
Über eine BrennstoffZuleitung 22 wird der Verteilerplatte 16 flüssiger Brennstoff zugeführt, mit welchem ein poröser Verdampfungskörper 18 benetzt wird. Von der Oberfläche des porösen Verdampfungskörpers 18 verdampft der zugeführte Brennstoff und bildet mit ebenfalls zugeführter Verbren- nungsluft (nicht dargestellt) ein zündfähiges Gemisch, welches zu einem geeigneten Zeitpunkt mittels einer Zündeinrichtung 24 gezündet werden kann. Zur Unterstützung der Verdampfung ist ein Vorwärmelement 14 vorgesehen, welches als elektrisch beheizbarer Platte, die z.B. Heizwendeln tragen kann, ausgebildet ist.Via a fuel supply line 22 of the distributor plate 16 liquid fuel is supplied, with which a porous evaporation body 18 is wetted. From the surface of the porous evaporation body 18, the supplied fuel vaporizes and forms with likewise supplied combustion. (not shown) an ignitable mixture which can be ignited at an appropriate time by means of an ignition device 24. To support the evaporation, a preheating element 14 is provided, which is designed as an electrically heatable plate, which can carry heating coils, for example.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Vorwärmelement 14 eine Doppelfunktion ausführt, nämlich die zuvor beschriebe- ne Vorwärmfunktion zur Unterstützung der Brennstoff- Verdampfung und eine zusätzliche Funktion als Temperaturfühler. Hierzu ist das Vorwärmelement 14 mit einem schematisch dargestellten Steuergerät 26 verbunden. In dem Steuergerät 26 ist eine Stromquelle 28 zur Erzeugung eines Heizstromes IH angeordnet. Im Heizbetrieb kann die Heizstromquelle 28 über einen Schalter 30 mit dem Vorwärmelement 14 verbunden werden, so dass dieses mit einem Heizstrom beschickt wird, der ausreichend groß ist, eine schnelle Erwärmung des Vorwärmgerätes und des benachbarten Verdampfungskörpers 16 zu gewährleisten.According to the invention, it is provided that the preheating element 14 performs a dual function, namely the previously described preheating function for supporting the fuel evaporation and an additional function as a temperature sensor. For this purpose, the preheating element 14 is connected to a control device 26 shown schematically. In the control unit 26, a current source 28 for generating a heating current I H is arranged. In heating operation, the heating current source 28 can be connected via a switch 30 with the preheating element 14, so that it is charged with a heating current which is sufficiently large to ensure rapid heating of the preheater and the adjacent evaporation body 16.
In der in Figur 1 darstellten Stellung des Schalters 30 ist das Vorwärmelement 14 hingegen mit einer zweiten Stromquelle, der Messstromquelle 32 verbunden. In dieser Schalterpo- sition wird das Vorwärmelement 14 mit einem Messstrom IM beschickt, der sehr viel schwächer ist als der Heizstrom. Insbesondere sollte der Messstrom so dimensioniert sein, dass durch ihn keine wesentliche Erwärmung des Vorwärmelementes 14 erzeugt wird. In Figur 1 nicht gesondert darge- stellt ist eine Messvorrichtung, mit der in Kenntnis der Messstromquellen-Parameter anhand des Messstroms in üblicher Weise auf den elektrischen Widerstand des Vorwärmele- mentes 14 geschlossen werden kann. Da der elektrische Widerstand üblicher elektrisch leitfähiger Materialien, insbesondere Metalle, stark von deren Temperatur abhängt, kann aus dem gemessenen elektrischen Widerstand des Vorwärmele- mentes auf dessen Temperatur geschlossen werden.In the illustrated in Figure 1 position of the switch 30, the preheating element 14, however, with a second current source, the measuring current source 32 is connected. In this switch position, the preheating element 14 is charged with a measuring current I M , which is much weaker than the heating current. In particular, the measuring current should be dimensioned so that no significant heating of the preheating element 14 is generated by it. Not shown separately in FIG. 1 is a measuring device with which, with the knowledge of the measuring current source parameters, the usual way is based on the measuring current on the electrical resistance of the preheating element. mentes 14 can be closed. Since the electrical resistance of conventional electrically conductive materials, in particular metals, strongly depends on their temperature, it is possible to deduce its temperature from the measured electrical resistance of the preheating element.
Da eine derartige Widerstandmessung sehr schnell erfolgen kann, ist es möglich, die Temperatur des Vorwärmelementes auch während des aktiven Heizens zu überwachen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt dies, indem der Schalter 30, der das Vorwärmelement 14 im Heizbetrieb mit der Heizstromquelle 28 verbindet, kurzfristig umgelegt wird, damit das Vorwärmelement 14 kurzfristig mit dem Mess- strom aus der Messstromquelle 32 beschickt werden kann. Im Anschluss wird der Schalter 30 in die Heizposition zurückgelegt.Since such a resistance measurement can be done very quickly, it is possible to monitor the temperature of the preheating element during active heating. In the illustrated embodiment, this is done by the switch 30, which connects the preheating element 14 in the heating mode with the Heizstromquelle 28, is temporarily changed, so that the Vorwärmelement 14 can be fed short time with the measuring current from the measuring current source 32. Subsequently, the switch 30 is returned to the heating position.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist besonders günstig, da eine zusätzliche Zuleitung zur Verbindung zwischen Vor- wärmelement 14 und Messstromquelle 32 nicht erforderlich ist.The exemplary embodiment shown is particularly favorable, since an additional supply line for the connection between preheating element 14 and measuring current source 32 is not required.
Alternativ kann auch eine kombinierte Mess-/ Heizstromquelle vorgesehen sein, deren Parameter überwacht und zur Wi- derstandsmessung herangezogen werden. Die Stromstärke kann zwischen Mess- und Heizperioden verändert werden. Es ist allerdings auch möglich, den Heizstrom selbst als Messstrom zu verwenden, was jedoch wegen der damit verbundenen Aufheizung des Vorwärmelementes zu Messwertverfälschungen füh- ren könnte. Natürlich stehen dem Fachmann im Rahmen der Erfindung weitreichende Variationsmöglichkeiten zur Verfügung. Insbesondere ist die spezielle Ausführungsform des Heizgerätes oder des Vorwärmelementes nicht auf im Rahmen der speziellen Be- Schreibung erläuterte und in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr kann das Vorwärmelement, dem die erfindungsgemäße Doppelfunktion als Thermofühler zugewiesen ist, auch als Wärmestrahlenquelle, Mischkammer- wandung oder auf andere Weise ausgeführt sein. Auch die in Figur 1 dargestellte Doppelnutzung der elektrischen Zuleitung ist Rahmen der Erfindung nicht zwingend erforderlich.Alternatively, a combined measuring / heating current source can be provided, whose parameters are monitored and used for resistance measurement. The current can be changed between measuring and heating periods. However, it is also possible to use the heating current itself as the measuring current, which, however, could lead to measured value distortions because of the associated heating of the preheating element. Of course, within the scope of the invention, the person skilled in the art has extensive possibilities for variation. In particular, the specific embodiment of the heating device or the preheating element is not limited to the embodiment described in the context of the specific description and illustrated in the FIGURE. Rather, the preheating element, to which the double function according to the invention is assigned as a temperature sensor, can also be designed as a heat radiation source, mixing chamber wall or in another way. The double use of the electrical supply line shown in FIG. 1 is also not absolutely necessary within the scope of the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Deckelplatte10 cover plate
12 Isolierschicht12 insulating layer
14 Vorwärmelement14 preheating element
16 Verteilerplatte16 distributor plate
18 Verdampfungskörper 20 Brennerwand18 evaporation body 20 burner wall
22 BrennstoffZuleitung22 fuel supply line
24 Zündeinrichtung24 ignition device
26 Steuergerät26 control unit
28 Heizstromquelle 30 Schalter28 Heating current source 30 Switch
32 Messstromquelle32 measuring current source
IH HeizstromI H heating current
IM Messstrom I M measuring current

Claims

ANSPRUCHE
1. Brennervorrichtung für flüssigen Brennstoff, insbesondere zum Einsatz in einem Heizgerät eines Kraftfahrzeugs, mit einem elektrisch beheizbaren Vorwärmelement (14) zum Vorwärmen von Brennstoff und/oder brennstoffführenden Bauteilen vor der Verbrennung, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorwärmelement (14) Teil eines Messkreises ist, mittels dessen das Vorwärmelement (14) zur Ermittlung eines elekt- rischen Widerstandes mit einem elektrischen Messstrom (IM) beschickbar ist.1. burner device for liquid fuel, in particular for use in a heater of a motor vehicle, with an electrically heatable preheating element (14) for preheating fuel and / or fuel-carrying components prior to combustion, characterized in that the preheating element (14) is part of a measuring circuit , by means of which the preheating element (14) can be charged with an electrical measuring current (I M ) in order to determine an electrical resistance.
2. Brennervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (26) vorgesehen ist, welches die Beschickung des Vorwärmelementes (14) mit dem Messstrom (IM) steuert und den ermittelten Widerstandswert oder einen daraus abgeleiteten Wert zur Beeinflussung der Brennervorrichtungssteuerung zur Verfügung stellt.2. Burner device according to claim 1, characterized in that a control device (26) is provided which controls the charging of the preheating element (14) with the measuring current (I M ) and the determined resistance value or a value derived therefrom for influencing the burner device control available provides.
3. Brennervorrichtung nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorwärmelement (14) mit elektrischen Zuleitungen verbunden ist, über die es sowohl mit einem elektrischen Heizstrom (IH) als auch mit dem Messstrom (IM) beschickbar ist.3. Burner device according to the preceding claims, characterized in that the preheating element (14) is connected to electrical leads, via which it can be charged both with an electrical heating current (I H ) and with the measuring current (I M ).
4. Brennervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschickung des Vorwärmelementes (14) mit Heizstrom (IH) und mit Messstrom (IM) zeitlich abwechselnd erfolgt.4. Burner device according to claim 3, characterized in that the charge of the preheating element (14) with heating current (I H ) and with measuring current (I M ) takes place alternately in time.
5. Brennervorrichtung nach einem der vorangehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorwärmelement (14) als eine elektrisch direkt heizbare Trägerplatte eines Verdampfungselementes eines Verdampfungsbrenners ausgebildet ist.5. Burner device according to one of the preceding claims, characterized in that the preheating element (14) is designed as an electrically directly heatable carrier plate of an evaporation element of an evaporative burner.
6. Brennervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorwärmelement als Wandung einer Mischkammer zur Mischung flüssigen Brennstoffes und Verbrennungsluft ausgebildet ist.6. Burner device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the preheating element is designed as a wall of a mixing chamber for mixing liquid fuel and combustion air.
7. Brennervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorwärmelement als elektrischer Glühkörper zur Erzeugung von Strahlungswärme ausgebildet ist.7. Burner device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the preheating element is designed as an electrical incandescent body for generating radiant heat.
8. Brennervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Glühkörper als Zündvorrichtung zur Zündung verdampften Brennstoffes dient.8. Burner device according to claim 7, characterized in that the incandescent body serves as ignition device for ignition evaporated fuel.
9. Brennervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorwärmelement als ein eine BrennstoffZuleitung umgebendes Heizelement ausgebildet ist.9. Burner device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the preheating element is designed as a fuel supply line surrounding a heating element.
10. Brennervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorwärmelement als ein von10. Burner device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the preheating element as one of
Brennstoff umströmtes Heizelement ausgebildet ist. Fuel flowing around the heating element is formed.
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