DE10050513A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugheizgeräts - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines FahrzeugheizgerätsInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines einen Brenner aufweisenden Heizgeräts, insbesondere eines Fahrzeug-Heizgeräts, bei dem in Abhängigkeit von einem einen Meßwert repräsentierenden Sensorsignal eines in einem Verbrennungsluftkanal angeordneten Verbrennungsluft-Massenstromsensors der Verbrennungsluft-Massenstrom gesteuert wird. Zum Erreichen einer einfachen und zuverlässigen Steuerung ist vorgesehen, daß eine Steuerung des Verbrennungsluft-Massenstroms erfolgt, wenn ein jeweiliger Meßwert des Verbrennungsluft-Massenstromsensors oberhalb eines oberen Grenzwertes oder unterhalb eines unteren Grenzwertes des Verbrennungsluft-Massenstroms liegt.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steue
rung eines einen Brenner aufweisenden Heizgeräts, insbesondere eines Fahr
zeug-Heizgeräts, bei dem in Abhängigkeit von einem einen Meßwert repräsentie
renden Sensorsignal eines in einem Verbrennungsluftkanal angeordneten Ver
brennungsluft-Massenstromsensors der Verbrennungsluft-Massenstrom gesteu
ert wird.
Ein derartiges Heizgerät kommt insbesondere in Kraftfahrzeugheizgeräten zum
Einsatz, die z. B. als antriebsmotorunabhängige Zusatzheizgeräte in Personen-
und Lastkraftwagen, Campinganhängern, Campingmobilen wie auch in Booten
und Schiffen Verwendung finden. Das Heizgerät enthält üblicherweise eine von
einem umgewälzten Wärmeträger umströmte Brennkammer, welcher ein Brenner
vorgeschaltet ist. Dem Brenner wird über eine Dosierpumpe Brennstoff und über
das Verbrennungsluftgebläse Verbrennungsluft zugeführt.
Eine gattungsgemäße Heizvorrichtung ist aus der DE 44 47 286 A1 bekannt. Bei
dem darin beschriebenen Fahrzeugheizgerät wird dem Brenner von dem durch
einen Elektromotor angetriebenen Verbrennungsluftgebläse Verbrennungsluft
zugeführt. In einem Verbrennungsluftkanal ist ein Luftmassenstromsensor ange
ordnet, der den vom Gebläse geförderten Luftmassenstrom mißt. Ein Massen
stromausgangssignal oder -meßwert wird einer Steuerung zugeführt, die in Abhängigkeit
von diesem Meßwert die Drehzahl des Elektromotors in Echtzeitrege
lung regelt. Durch diese Echtzeitregelung ist die Drehzahl des Elektromotors eine
Funktion des in dem Verbrennungsluftkanal gemessenen Luftmassenstroms.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das eine
vereinfachte Steuerung eines gattungsgemäßen Heizgerätes gestattet sowie eine
Vorrichtung zur Steuerung eines Heizgerätes anzugeben, die einfach aufgebaut
und betriebssicher ist.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie
durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Dadurch, daß eine Steuerung des Verbrennungsluft-Massenstroms erfolgt, wenn
ein jeweiliger Meßwert des Verbrennungsluft-Massenstromsensors oberhalb ei
nes oberen Grenzwertes oder unterhalb eines unteren Grenzwertes des Ver
brennungsluft-Massenstroms liegt, wird ein Steuer- oder Regelvorgang nur bei
Erreichen oder Überschreiten der Grenzwerte ausgeführt, nicht jedoch im Bereich
zwischen den Grenzwerten. Dadurch wird der für die Steuerung erforderliche
Rufwand verringert. Wird als Brenner ein Zerstäuberbrenner eingesetzt, so kann
mit geringem Steueraufwand eine gleichbleibende Zerstäubungsgüte durch den
im wesentlichen konstanten Verbrennungsluft-Massenstrom gewährleistet wer
den.
Durch diese Steuerung bzw. Regelung kann eine optimierte Verbrennung erreicht
werden, die Änderungen der relevanten Parameter Luftdruck und Lufttemperatur
berücksichtigt, die z. B. bei Fahrten im Gebirge oder als Unterschied zwischen
Sommer oder Winter auftreten.
Zweckmäßigerweise wird zur Steuerung des Verbrennungsluft-Massenstroms die
Drehzahl eines Verbrennungsluftgebläses und insbesondere eines das Gebläse
antreibenden Elektromotors erhöht bzw. reduziert.
Die Grenzwerte können in einer Steuereinheit abgespeichert werden, die die
Steuerung des Elektromotors ausführt.
Vorteilhafterweise kann ein Meßintervall zwischen dem Erfassen von zwei Meß
werten des Sensorsignals etwa 0,5 bis 1 sec oder je nach Anwendungsfall auch
eine größere Zeitdauer betragen.
Vorzugsweise kann mit dem Verfahren das Fahrzeug-Heizgerät abgeschaltet
werden, wenn der Meßwert einen Schutzgrenzwert erreicht bzw. unterschreitet.
Dadurch ist eine Motorschutzfunktion bereitgestellt. Zweckmäßigerweise wird das
Fahrzeug-Heizgerät abgeschaltet, wenn der Meßwert einen Schutzgrenzwert
unterschreitet und gleichzeitig ein Elektro-Gebläsemotor der Verbrennungsluftge
bläseeinheit mit einer definierten Leistung, insbesondere 100%, arbeitet.
Der Verbrennungsluft-Massenstromsensor kann ein PTC-Element ("positive tem
perature coefficient" Element) sein, dessen Meßstrom sich bei konstanter Meß
spannung mit der Temperatur des im Verbrennungsluft-Massenstrom angeord
neten PTC-Elementes ändert. Da bei PTC-Elementen in bestimmten Tempera
turbereichen starke Änderungen des Widerstands auftreten, kann bei entspre
chender Auslegung ein sehr genauer Meßwert erzielt werden.
Der temperaturabhängige Meßwert wird mit dem jeweiligen Grenzwert verglichen,
wobei der Meßwert vorzugsweise der Strom ist, der das PTC-Element durch
strömt und der sich bei konstanter Spannung abhängig von der relativen Tempe
raturänderung des PTC-Elementes ändert. Der Meßstrom des PTC-Elementes
hängt dabei direkt von dem durch das Gebläse geförderten Verbrennungsluft-
Massenstrom ab.
Der Schutzgrenzwert entspricht einem Wert, bei dem keine oder nur sehr wenig
Luft gefördert wird. Der Strom durch das PTC-Element geht dabei gegen Null.
Wird dieser Schutzgrenzwert unterschritten und arbeitet das Gebläse bzw. der
Gebläsemotor bereits bei 100% Leistung, kann das Heizgerät abgeschaltet wer
den.
Eine Kontrolle des PTC-Elementes während des Brennerbetriebs wird unnötig, da
bei einem Ausfall des PTC-Elementes der Strom auf Null sinkt, so daß der ge
nannte Motorblockierschutz anspricht und das Gerät abschaltet.
Zweckmäßigerweise wird eine Verbrennungsluft-Temperatur erfaßt und als Steu
erparameter für die Steuerung des Verbrennungsluft-Massenstroms verwendet.
So kann z. B. eine Temperaturmeßstelle in der Nähe des PTC-Elementes zur
Kompensation des Umgebungstemperatureinflusses durch die Steuerung bzw.
die Regelung des Verbrennungsluftgebläses vorgesehen sein.
Das Verfahren kann auch derart ausgeführt werden, daß zusätzlich die in den
Brenner zugeführte Brennstoffmenge gesteuert wird. Damit kann flexibel auf die
jeweiligen Betriebsbedingungen eingegangen werden. Die oben genannten
Grenzwerte werden dann dementsprechend angepaßt, um einen optimalen Ver
brennungsablauf beizubehalten.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß eine Steuereinheit
den Verbrennungsluft-Massenstrom steuert, wenn der Meßwert oberhalb eines
oberen Grenzwertes oder unterhalb eines unteren Grenzwertes liegt. Zweckmä
ßigerweise sind der obere und der untere Grenzwert in dieser Steuereinheit ab
gespeichert. Der Verbrennungsluft-Massenstromsensor ist beispielsweise ein
PTC-Element.
Bevorzugt enthält die Vorrichtung eine Schutzeinrichtung, die das Heizgerät ab
schaltet, wenn ein Meßwert des Verbrennungsluft-Massenstromsensors einen
Schutzgrenzwert erreicht.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungs
beispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezugnahme auf Zeichnun
gen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Diagramm, das einen Ablauf der Steuerung der Spannung eines
Elektromotors eines Verbrennungsluftgebläse eines Fahrzeugheiz
geräts darstellt;
Fig. 2 in einer schematischen Darstellung ein Fahrzeugheizgerät; und
Fig. 3 in einer Blockdiagramm-Darstellung ein Teil des Fahrzeugheizge
räts.
Ein Fahrzeugheizgerät 1 enthält ein Gehäuse 2 mit einer darin angeordneten und
von einem Ringraum 3 des Gehäuses 2 umgebenen Brennkammer 4. In dem
Ringraum 3 sind mit unterbrochenen Linien schematisch dargestellte Strö
mungsleitrippen 5 angeordnet, durch welche Wasser als Wärmeträger von einem
Einlaß 6 des Ringraumes 3 zu einem Auslaß 7 geleitet wird. Angrenzend an die
Brennkammer 4 ist ein Brenner 8 angeordnet, dem über eine Pumpe 9 Brennstoff
in einer vorgegebenen, festgelegten Menge entsprechend der erforderlichen
Brennerleistung zugeführt wird. Mitteis einer Verbrennungsluftgebläseeinheit 11
wird Verbrennungsluft (siehe Pfeil 12) über einen Verbrennungsluftkanal 13 dem
Brenner 8 zugeführt. In dem Verbrennungsluftkanal 13 ist ein schematisch ange
deuteter Massenstromsensor 14 angeordnet. Die Verbrennungsluftgebläseeinheit
11 enthält einen Elektromotor 15 (siehe Fig. 3), der über seine Antriebswelle 16
ein Gebläse 17 antreibt. Im Verbrennungsluftkanal 13 ist ein Temperatursensor
18 zum Erfassen der Temperatur der zuströmenden Verbrennungsluft angeordnet.
Ein Abgasstrom verläßt die Brennkammer 4 über einen Abgasauslaß 19. Ei
ne Steuereinheit 10 erhält ein Sensorsignal von dem Massenstromsensor 14 und
von dem Temperatursensor 18 und liefert ein Steuersignal an den Elektromotor
15.
Der Massenstromsensor 14 erfaßt den von dem Gebläse 17 geförderten Ver
brennungsluft-Massenstrom in Meßtakten oder Meßintervallen, die eine Zeitdauer
von Bruchteilen einer Sekunde bis zu mehreren Sekunden aufweisen können,
und liefert einen entsprechenden Meßwert als Sensorsignal an die Steuereinheit
10, in der ein unterer und ein oberer Grenzwert UG bzw. OG für den Verbren
nungsluft-Massenstrom gespeichert sind (siehe Fig. 1). Der jeweilige Meßwert
wird in der Steuereinheit 10 in den vorgegebenen Meßtakten mit dem unteren
und dem oberen Grenzwert UG bzw. OG verglichen.
Wenn der Luftmassenstrom für die dem Brenner zugeführte Brennstoffmenge zu
groß ist und folglich der Meßwert bzw. der Verbrennungsluft-Massenstrom größer
als der obere Grenzwert OG ist, so wird die Spannung des Elektromotors 15 des
Gebläses 17 abgesenkt, wodurch die Drehzahl des Gebläses 17 reduziert und
der geförderte Verbrennungsluft-Massenstrom verringert wird. Wenn eine mini
male Spannung erreicht ist, so wird sie nicht weiter abgesenkt.
Ist der Meßwert bzw. der Verbrennungsluft-Massenstrom kleiner als der untere
Grenzwert UG, so wird die Spannung des Elektromotors 15 des Gebläses 17 an
gehoben, wodurch die Drehzahl des Gebläses 17 erhöht und der geförderte Ver
brennungsluft-Massenstrom gesteigert wird. Wenn eine maximale Spannung er
reicht ist, so wird sie nicht weiter erhöht.
In Fig. 1 ist ein Betriebsverhalten des Fahrzeugheizgeräts über die Zeitachse bei
spielhaft dargestellt, bei dem der Verbrennungsluft-Massenstrom anfangs zwi
schen dem oberen und dem unteren Grenzwert OG bzw. UG liegt und anschlie
ßend unter den unteren Grenzwert UG abfällt. Aufgrund des ersten Meßwertes
Ma, der unter dem unteren Grenzwert UG liegt, wird von der Steuereinheit 10 die
Spannung des Elektromotors 15 um einen festgelegten Wert ΔU erhöht. Die Er
höhung der Gebläsedrehzahl stoppt ein weiteres Absinken des Verbrennungsluft-
Massenstroms. Da der nächste Meßwert Mb weiterhin einen unter dem unteren
Grenzwert UG liegenden Verbrennungsluft-Massenstrom erfaßt, wird von der
Steuereinheit 10 die Spannung des Elektromotors 15 nochmals um einen festge
legten Wert ΔU bis auf Umax erhöht, so daß der Elektromotor 15 bzw. das Gebläse
17 mit voller Leistung arbeitet.
Im weiteren Betrieb des Fahrzeugheizgeräts steigt entsprechend den Betriebsbe
dingungen der Verbrennungsluft-Massenstrom wieder über den unteren Grenz
wert UG an. Solange weitere um Meßtakte zeitlich versetzte Meßwerte zwischen
dem oberen und dem unteren Grenzwert OG bzw. UG liegen, erfolgt keine weite
re Steuerung, so daß die Spannung auf ihrem maximalen Wert Umax verbleibt.
Im weiteren Betrieb des Fahrzeugheizgeräts steigt entsprechend den Betriebsbe
dingungen der Verbrennungsluft-Massenstrom über den oberen Grenzwert OG
an. Aufgrund des nächsten Meßwertes Mc, der oberhalb des oberen Grenzwertes
OG liegt, wird von der Steuereinheit 10 die Spannung des Elektromotors 15 um
einen festgelegten Wert ΔU reduziert, so daß damit auch die Gebläsedrehzahl
reduziert wird. Da die vier folgenden Meßwerte Md bis Mg weiterhin einen jeweili
gen über dem oberen Grenzwert OG liegenden Verbrennungsluft-Massenstrom
signalisieren, wird die Spannung des Elektromotors 15 jeweils um einen festge
legten Wert ΔU abgesenkt, bis ein folgender Meßwert Mh ein Unterschreiten des
oberen Grenzwertes OG anzeigt und die Steuereinheit 10 folglich die Spannung
nicht weiter absenkt.
Aus dieser beispielhaften Darstellung ergibt sich das hysteresische Verhalten der
Steuereinheit, die im Gegensatz zu einer aufwendigeren Echtzeitsteuerung ein
einfacheres, aber dennoch wirksames Steuerverhalten aufweist. Der obere und
der untere Grenzwert OG bzw. UG des Verbrennungsluft-Massenstroms sind in
Abhängigkeit der von der Pumpe 9 zugeführten Brennstoffmenge und der maxi
malen Förderleistung des Gebläses 17 derart festgelegt, daß das Fahrzeugheiz
gerät innerhalb eines spezifizierten Bereichs zwischen einem Brennstoffüber
schuß und einem Luftüberschuß gesteuert betrieben wird. Wenn die zugeführte
Brennstoffmenge variiert wird, werden der obere und der untere Grenzwert OG
bzw. UG entsprechend angepaßt.
Des weiteren ist zum Schutz des Fahrzeugheizgeräts vorgesehen, daß die Steu
ereinheit 10 das Fahrzeugheizgerät vollständig abschaltet, wenn der Meßwert
einen Verbrennungsluft-Massenstrom signalisiert, der unter dem unteren Grenz
wert UG oder unter einem zusätzlich festgelegten unteren Schutzgrenzwert liegt,
d. h. es wird keine oder nur sehr wenig Luft gefördert, und wenn gleichzeitig das
Gebläse 17 mit einer Leistung von 100% läuft bzw. der Elektromotor 15 mit der
maximalen Spannung betrieben wird.
Der Massenstromsensor 14 ist beispielsweise als ein PTC-Element gebildet. Der
an dem PTC-Element vorbeiströmende Verbrennungsluft-Massenstrom erzeugt
eine Abkühlung des PTC-Elements, so daß bei konstanter angelegter Spannung
durch temperaturbedingte Veränderung des Widerstands des PTC-Elements eine
Änderung des Meßstromes des PTC-Elements resultiert, über die der vom Ge
bläse 17 geförderte Verbrennungsluft-Massenstrom bestimmt werden kann. Der
das PTC-Element durchströmende und direkt von der geförderten Luftmasse ab
hängige Meßstrom wird mit den in der Steuereinheit 10 des Gebläses 17 abge
legten Grenzwerten in der oben beschriebenen Weise verglichen.
Mittels des Temperatursensors 18, der in der Nähe des Massenstromsensors 14
bzw. des PTC-Elementes angeordnet ist, können den Verbrennungsluft-Massen
strom beeinflussende Umgebungstemperatureinflüsse durch die Steuereinheit 10
kompensiert werden.
1
Fahrzeugheizgerät
2
Gehäuse
3
Ringraum
4
Brennkammer
5
Strömungsleitrippe
6
Einlaß
7
Auslaß
8
Brenner
9
Pumpe
10
Steuereinheit
11
Verbrennungsluftgebläse
einheit
12
Verbrennungsluft
13
Verbrennungsluftkanal
14
Massenstromsensor
15
Elektromotor
16
Antriebswelle
17
Gebläse
18
Temperatursensor
19
Abgasauslaß
Claims (13)
1. Verfahren zur Steuerung eines einen Brenner aufweisenden Heizgeräts,
insbesondere eines Fahrzeug-Heizgeräts, bei dem in Abhängigkeit von ei
nem einen Meßwert repräsentierenden Sensorsignal eines in einem Ver
brennungsluftkanal angeordneten Verbrennungsluft-Massenstromsensors
der Verbrennungsluft-Massenstrom gesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Steuerung des Verbrennungsluft-Massenstroms erfolgt, wenn ein
jeweiliger Meßwert des Verbrennungsluft-Massenstromsensors (14) ober
halb eines oberen Grenzwertes oder unterhalb eines unteren Grenzwertes
des Verbrennungsluft-Massenstroms liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Verbrennungsluft-
Massenstroms die Drehzahl eines Verbrennungsluftgebläses (17) erhöht
bzw. reduziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwerte in einer Steuereinheit (10)
abgespeichert werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßintervall zwischen dem Erfassen von
zwei Meßwerten des Sensorsignals etwa 0,5 bis 1 sec beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug-Heizgerät (1) abgeschaltet
wird, wenn der Meßwert einen Schutzgrenzwert unterschreitet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug-Heizgerät (1) abgeschaltet
wird, wenn der Meßwert einen Schutzgrenzwert unterschreitet und gleich
zeitig ein Elektro-Gebläsemotor (15) der Verbrennungsluftgebläseeinheit
(11) mit einer definierten Leistung, insbesondere 100%, arbeitet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsluft-Massenstromsensor
(14) ein PTC-Element ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbrennungsluft-Temperatur erfaßt
und als Steuerparameter für die Steuerung des Verbrennungsluft-
Massenstroms verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die in den Brenner zugeführte
Brennstoffmenge gesteuert wird.
10. Vorrichtung zur Steuerung eines einen Brenner aufweisenden Heizgeräts,
insbesondere eines Fahrzeug-Heizgeräts, bei dem in Abhängigkeit von ei
nem einen Meßwert repräsentierenden Sensorsignal eines in einem Ver
brennungsluftkanal angeordneten Verbrennungsluft-Massenstramsensors
der Verbrennungsluft-Massenstrom gesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Steuereinheit (10) den Verbrennungsluft-Massenstrom steuert,
wenn der Meßwert oberhalb eines oberen Grenzwertes oder unterhalb ei
nes unteren Grenzwertes liegt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der obere und der untere Grenzwert in der
Steuereinheit (10) abgespeichert sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsluft-Massenstromsensor
(14) ein PTC-Element ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Schutzeinrichtung vorgesehen ist, die
das Heizgerät abschaltet, wenn ein Meßwert des Verbrennungsluft-
Massenstromsensors (14) einen Schutzgrenzwert erreicht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10050513A DE10050513A1 (de) | 2000-10-11 | 2000-10-11 | Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugheizgeräts |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE10050513A DE10050513A1 (de) | 2000-10-11 | 2000-10-11 | Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugheizgeräts |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10050513A1 true DE10050513A1 (de) | 2002-04-25 |
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ID=7659511
Family Applications (1)
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