DE3905603A1 - Heizgeraet fuer mobile einheiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät für mobile Ein­ heiten, z. B. Kraftfahrzeuge, mit einem Brenner für Flüssigbrennstoff, der ein Verbrennungsluftgebläse mit Motor, eine Mischeinrichtung zum Erzeugen eines Brenn­ stoffluftgemisches, eine Zündelektrodenanordnung und eine Brennkammer aufweist, und mit einer Steuerung zum Steuern des Zündvorganges.

Solche Heizgeräte werden üblicherweise als sogenannte Zusatz- oder Standheizungen in Personen- und Lastkraft­ fahrzeugen und in Omnibussen eingesetzt. Der flüssige Brennstoff (Benzin oder Dieselöl) wird mit Hilfe eines Gebläsemotors und einer Mischeinrichtung mit Ver­ brennungsluft vermischt und in einer Brennkammer ver­ brannt. Die in der Brennkammer entstehende Wärme wird mit Hilfe eines Wärmeträgers (Luft oder Wasser) abge­ leitet.

Das Zerstäuben des Brennstoffs erfolgt bei bestimmten Geräten mit Hilfe eines Druckzerstäubers. Aus einer Brennstoffdüse wird der Brennstoff mit Druck ausge­ trieben, und von dem Verbrennungsluftgebläse wird Luft in den Bereich der Düse geleitet, damit sich der ausgesprühte Brennstoff mit der Luft gut durchmischt.

Für eine gute Verbrennung ist bekanntlich eine gute Durchmischung von Luft und Brennstoff erforderlich. Bei Heizgeräten der hier in Rede stehenden Art sind wegen des Erfordernisses einer möglichst kompakten Bauweise die Brennkammern relativ klein, so daß das Mischen von Luft und Brennstoff innerhalb eines eng begrenzten Bereiches stattfinden muß. Es ist nun festgestellt worden, daß eine gute Durchmischung von Luft und Brennstoff bei Brennkammern mit geringem Volumen praktisch nur mit relativ hohen Luftströmungs­ geschwindigkeiten erreicht werden kann. Deshalb ar­ beitet das Verbrennungsluftgebläse bei einem solchen Heizgerät mit relativ hoher Drehzahl.

Die hohe Luftströmungsgeschwindigkeit führt zwar während des Betriebs zu einer guten Durchmischung von Luft und Brennstoff, hat aber den Nachteil, daß es zu Zündschwierigkeiten kommt, insbesondere bei hohen Betriebsspannungen in kalter Umgebung.

Zum Verbessern der Zündeigenschaften eines solchen Heizgerätes kann man daran denken, den Gebläsemotor mit einem Vorwiderstand zu beschalten, der in der Zündphase während eines bestimmten Zeitintervalles für eine niedrigere Drehzahl des Gebläsemotors sorgt. Abgesehen von der damit verbundenen elektrischen Ver­ lustleistung und dem Erfordernis, die im Vorwider­ stand entstehende Wärme abzuleiten, ist es aufgrund von unvermeidlichen Drehzahltoleranzen schwierig, die für den Zündvorgang geeignete Drehzahl festzulegen.

Man kann weiterhin daran denken, die Luftzuführung so zu gestalten, daß eine niedrigere Strömungsge­ schwindigkeit erreicht wird. Derartige konstruktive Lösungen sind aber riskant, da die Gefahr der über­ mäßigen Rußbildung, insbesondere bei Niedrigspannung aufgrund schlechter Durchmischung von Luft und Brenn­ stoff besteht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Heizgerät der ein­ gangs genannten Art anzugeben, bei dem eine einwand­ freie Zündung auch bei hohen Betriebsspannungen und/ oder tiefen Temperaturen gewährleistet ist.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Steuerung, damit der Zündvorgang stattfindet, während die Drehzahl des Verbrennungsluftgebläse-Motors unterhalb der Betriebsdrehzahl liegt, den Motor abschaltet und gleichzeitig damit oder etwa später mittels der Zünd­ elektrodenanordnung zündet. Besonders wirksam und interessant ist die Erfindung in Verbindung mit Druck­ zerstäuberbrennern mit Hochspannungszündung.

Üblicherweise werden die Heizgeräte so betrieben, daß nach dem Einschalten zunächst das Verbrennungs­ luftgebläse in Gang gesetzt wird, um den Brenner "vorzuspülen". Die Erfindung sieht nun vor, das Ver­ brennungsluftgebläse für dieses "Vorspülen" zunächst einzuschalten, dann aber wieder für eine erste vorbe­ stimmte Zeitspanne auszuschalten, d. h. spannungslos zu schalten, so daß die Drehzahl bei auslaufendem Gebläsemotor stetig abnimmt. In diese Phase sich ständig verringernder Gebläsedrehzahl fällt der Zündzeitpunkt nach Einschalten der Brennstoffzufuhr.

Dadurch wird erstens erreicht, daß wegen der ver­ ringerten Drehzahl des Verbrennungsluftgebläses eine geringe Strömungsgeschwindigkeit und folglich auch eine geringere Luftmenge vorhanden ist, wodurch das Brennstoff-/Luftgemisch fetter wird und einfacher gezündet werden kann, während zweitens durch die ständig geringer werdende Drehzahl des Verbrennungs­ luftgebläses sich die Zusammensetzung des Gemisches ständig ändert, also zu irgendeinem Zeitpunkt einen für eine Zündung optimalen Zustand einnimmt. Es wird auf jeden Fall erreicht, daß ein für die Zündung bestens geeignetes Gemisch vorhanden ist.

Nach erfolgter Zündung muß die Drehzahl des Ver­ brennungsluftgebläses wieder auf den für den Normal­ betrieb vorgesehenen Wert angehoben werden, indem der Gebläsemotor wieder an Spannung gelegt wird. Man kann den Zeitpunkt des Wiedereinschaltens des Ge­ bläses so festlegen, daß er vom Ausschalten des Ge­ bläses eine bestimmte Zeitspanne entfernt ist.

Die hier in Rede stehenden Heizgeräte besitzen aber aufgrund einschlägiger Vorschriften eine Flammener­ kennungseinrichtung, die in Verbindung mit der Steuereinrichtung des Gerätes dafür sorgt, daß der Zündvorgang oder der Betrieb des Gerätes abgebrochen wird, insbesondere die Brennstoffzufuhr unterbrochen wird, wenn eine bestimmte Zeit lang keine Flamme vor­ handen ist. Das von der Flammenerkennungseinrichtung gelieferte Signal wird erfindungsgemäß dazu ver­ wendet, nach dem Zündvorgang das Verbrennungsluft­ gebläse wieder einzuschalten. Das Inbetriebsetzen des Heizgerätes erfolgt also dadurch, daß zunächst das Verbrennungsluftgebläse eingeschaltet wird, nach einer gewissen Zeitspanne spannungslos geschaltet wird, dann die Brennstoffzufuhr eingeschaltet wird (dazu wird ein in der Brennstoffleitung befindliches Magnetventil geöffnet), eine Zündspannung an die Zündelektroden gelegt wird, und das von der Flammen­ erkennungseinrichtung gelieferte Signal das Wieder­ einschalten des Verbrennungsluftgebläses veranlaßt.

Während bei dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel zur Verringerung des Luftdurchsatzes beim Startvorgang der Motor des Verbrennungsluftgebläses ausgeschaltet wird, und die Drehzahl des Gebläses ständig abnimmt, bis nach Flammenerkennung das Gebläse wieder eingeschaltet wird, kann auch, wenn ein Drehzahlbereich für eine mögliche Zündung bekannt ist, nach dem Einschalten des Verbren­ nungsluftgebläse-Motors und nachdem dessen Betriebsdreh­ zahl für den stationären Betrieb erreicht ist, der Motor spannungslos geschaltet werden und dann eine gewisse Zeit später intermittierend ein- und ausgeschaltet werden, so daß während des intermittierenden Schaltens des Gebläse­ motors mit der Brennstoffzufuhr begonnen und die Zündung eingeschaltet wird und daß nach erfolgter Zündung der Gebläsemotor wieder dauernd an Spannung gelegt wird. Wäh­ rend bei dem einen Ausführungsbeispiel der Zündzeitpunkt in einen Bereich stetiger Abnahme der Gebläsedrehzahl fällt, wird bei der letztgenannten Ausführungsform durch einen intermittierenden Betrieb des Gebläsemotors er­ reicht, daß das Gebläse in einem gewissen Bereich einer relativ niedrigen Drehzahl arbeitet. Vorzugsweise wird dabei so vorgegangen, daß das intermittierende Ein- und Ausschalten nach Maßgabe zweier vorgegebener Spannungs­ pegel gesteuert wird, wozu bei ausgeschaltetem Gebläse­ motor, der dann als Generator arbeitet, weil er aufgrund der ihm eigenen Trägheit nachläuft, die EMK erfaßt und mit den beiden Spannungspegeln verglichen wird. Die hier­ zu erforderlichen Steuereinrichtungen sind leicht zu realisieren mit Hilfe der in solchen Heizgeräten bereits vorhandenen Steuereinrichtungen. Beispielsweise gibt es eine Prüfschaltung, mit der nach Anfahren des Gebläsemo­ tors dessen Funktion geprüft wird. Hierzu wird der ange­ fahrene Motor kurzzeitig ausgeschaltet und während der Ausschaltzeit die von den dann als Generator arbeitenden Motor erzeugte EMK erfaßt. Mit dieser Einrichtung lassen sich auch die beiden genannten Spannungspegel für die Steuerung des intermittierenden Schaltens des Gebläse­ motors gewinnen. Grundsätzlich kann man auch mit einem einzigen Vergleichs-Spannungspegel arbeiten, um bei Er­ reichen eines Minimum-Pegels den Gebläsemotor wieder ein­ zuschalten. Das zwischenzeitliche Einschalten des Motors erfolgt während vorgegebener fester Zeitintervalle.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den zeitlichen Verlauf der Drehzahl eines Ver­ brennungsluftgebläse-Motors eines Heizgeräts für ein Kraftfahrzeug, und

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Drehzahl eines Ver­ brennungsluftgebläse-Motors nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Erfindung ist speziell auf eine Standheizung mit Druckzerstäuberbrenner und Hochspannungszündung ge­ richtet. Derartige Geräte sind allgemein bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert zu werden. Im vorliegenden Fall geht es speziell um den Zündvorgang.

Wie Fig. 1 zeigt, wird mit dem Einschalten des Geräts der Motor des Verbrennungsluftgebläses einge­ schaltet. Dann schließt sich die Vorspülphase an. Von dem Einschaltzeitpunkt (t 0) an dauert es eine gewisse Zeit, bis das Verbrennungsluftgebläse die Nenndrehzahl von z. B. 5000 UPM erreicht hat. Zu einem Zeitpunkt t 1 wird das Verbrennungsluftgebläse spannungslos geschaltet. Das Gebläse läuft mit stetig abnehmender Drehzahl weiter. Gleichzeitig mit dem Ab­ schalten des Gebläses (t 1) oder zu einem gewissen Zeit­ punkt t 2 nach dem Abschalten des Verbrennungsluft­ gebläses wird die Zündung eingeschaltet und das in der Brennstoffleitung enthaltene Magnetventil wird ge­ öffnet, so daß der Brennstoffdüse Brennstoff zugeführt wird. Der aus der Düse austretende Brennstoff ver­ mischt sich mit der von dem Verbrennungsluftgebläse kommenden Verbrennungsluft. Da an die Zündelektrode eine Hochspannung gelegt wird, kann es zur Zündung kommen. Nach dem Zeitpunkt t 2 nimmt die Drehzahl des Verbrennungsluftgebläses mehr und mehr ab. Das Ge­ misch aus Luft und Brennstoff wird dabei etwas fetter. Zu irgendeinem Zeitpunkt nach dem Zeitpunkt t 2 hat das Gemisch aus Luft und Brennstoff die für die Zündung geeignete Zusammensetzung und Strömungsge­ schwindigkeit. Dann kommt es zum Zeitpunkt t 3 zur Zündung. Die nun entstehende Flamme wird von einer Flammenerkennungseinrichtung erkannt. Die Flammener­ kennungseinrichtung liefert ein Signal, aufgrund dessen das Gebläse eingeschaltet wird und die Zündung ausge­ schaltet wird. Die Drehzahl des Verbrennungsluftge­ bläses steigt wieder auf den Nennwert von 5000 UPM an, und anschließend arbeitet das Gerät im stationären Zustand.

Der Zeitabstand zwischen t 2 und t 1 kann vorzugsweise - wie gesagt - Null betragen, er kann aber auch abhängig von der etwa zu erwarteten "Zünddrehzahl" auf einen end­ lichen Wert eingestellt werden.

Das Einschalten der Zündung nach dem Ausschalten des Verbrennungsluftgebläses erfolgt z. B. bei einer Dreh­ zahl von 3800 UPM, und das Entzünden des Brennstoff-/ Luftgemisches erfolgt dann bei einer noch etwas ge­ ringeren Drehzahl.

Fig. 2 zeigt den Drehzahlverlauf des Verbrennungsluftge­ bläse-Motors in Verbindung mit den Ein- und Ausschaltsig­ nalen des Motors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Der Verbrennungsluftgebläse-Motor arbeitet nach Abschal­ ten von der Spannungsquelle als Generator und erzeugt eine EMK, die von der jeweiligen Drehzahl n abhängt. Der Luftdurchsatz V ist etwa proportional zu der Drehzahl.

Im Zeitpunkt t 1, also nachdem die Nenndrehzahl a für den stationären Betrieb erreicht ist, wird der Motor ausge­ schaltet. Die dann von dem Gebläsemotor erzeugte EMK wird ermittelt und mit einem unteren Schwellenwert c vergli­ chen. Sind die beiden verglichenen Werte im Zeitpunkt ta gleich, wird der Gebläsemotor wieder eingeschaltet. Im Zeitpunkt tb wird ein höherer Schwellenwert b erreicht, so daß zu diesem Zeitpunkt tb der Gebläsemotor wieder ausgeschaltet wird. Durch wiederholtes Ein- und Ausschal­ ten bewegt sich die Drehzahl des Verbrennungsluftgebläses zwischen den beiden Werten c und b. In dieser Phase des intermittierenden Ein- und Ausschaltens erfolgt das Ein­ schalten der Brennstoffzufuhr und das Einschalten der Zündelektroden. Im Zeitpunkt t 3 wird die Flamme erkannt und der Gebläsemotor wird wieder dauernd an Spannung ge­ legt.

Das Ermitteln der Drehzahl bzw. der EMK entsprechend dem Pegel b kann entfallen, und statt dessen kann die Ein­ schaltdauer Δ b, während der der Gebläsemotor kurz­ fristig eingeschaltet wird, festgelegt werden. Aufgrund von Erfahrungswerten kann man den Wert Δ b so festlegen, daß nach dieser Zeitspanne eine Drehzahl erreicht ist, die etwa dem Wert b entspricht.

Claims (6)

1. Heizgerät für mobile Einheiten, z. B. Kraftfahr­ zeuge, mit einem Brenner für Flüssigbrennstoff, der ein Verbrennungsluftgebläse mit Motor, eine Mischein­ richtung zum Erzeugen eines Brennstoff-Luftgemisches, eine Zündelektrodenanordnung und eine Brennkammer auf­ weist, und mit einer Steuerung zum Steuern des Zündvor­ ganges, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung, damit der Zündvorgang stattfindet, während die Drehzahl des Verbrennungsluftgebläse-Motors unterhalb der Betriebsdrehzahl liegt, den Motor abschaltet, und gleichzeitig damit oder etwas später mittels der Zünd­ elektrodenanordnung zündet.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner einen Druckzerstäuberbrenner mit Hoch­ spannungszündung ist.

3. Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zum Inbetriebsetzen des Heizgerätes zunächst der Verbrennungsluftgebläse-Motor eingeschaltet wird, dann nach Ablauf einer ersten vorbestimmten Zeit­ spanne der Verbrennungsluftgebläse-Motor spannungslos geschaltet wird, gleichzeitig damit oder nach Ablauf einer zweiten vorbestimmten und mit oder nach Beginn der Brennstoffzufuhr zu der Mischeinrichtung ge­ zündet wird, und schließlich nach erfolgter Zündung der Verbrennungsluftgebläse-Motor wieder an Spannung ge­ schaltet wird.

4. Heizgerät nach Anspruch 3 mit einer Flammener­ kennungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Wiedereinschalten des Verbrennungsluftgebläse- Motors abhängig von der Flammenerkennung erfolgt.

5. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einschalten des Verbrennungsgebläse-Motors und nachdem dessen Betriebsdrehzahl für den stationären Betrieb erreicht ist, der Verbrennungsluftgebläse-Motor spannungslos geschaltet wird und dann nach einer gewis­ sen Zeitspanne intermittierend ein- und ausgeschaltet wird, daß während des intermittierenden Schaltens des Verbrennungsluftgebläse-Motors mit der Brennstoffzufuhr begonnen und die Zündung eingeschaltet wird, und daß nach erfolgter Zündung der Verbrennungsluftgebläse-Motor wieder dauernd an Spannung gelegt wird.

6. Heizgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das intermittierende Ein- und Ausschalten nach Maßgabe zweier vorgegebener Spannungspegel gesteuert wird, wozu bei ausgeschaltetem Verbrennungsluftgebläse-Motor, der dann als Generator arbeitet, die EMK erfaßt und mit den beiden Spannungspegeln verglichen wird.