Heizgerät für mobile Einheiten

Abstract

 Bei Standheizungen mit Druckzerstäuberbrennern, die ein geringes Brennkammervolumen aufweisen, wird eine gute Durchmischung von Luft und Brennstoff praktisch nur bei relativ hohen Luftströmungsgeschwin­digkeiten erreicht, was aber zu Zündschwierigkeiten, insbesondere bei hohen Betriebsspannungen und tiefen Temperaturen führt. Deshalb wird beim Inbetriebnehmen des Heizgerätes zunächst der Gebläsemotor einge­schaltet, dann spannungslos geschaltet, so daß die Drehzahl wieder ab­nimmt, und dann werden Hochspannungszündung und Brennstoffzufuhr ein­geschaltet, so daß die Zündung bei verringerter Gebläsedrehzahl erfol­gen kann, und nach Erkennen der Flamme im Brenner wird die Hochspan­nungszündung ausgeschaltet und der Gebläsemotor wieder eingeschatet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Heizgerät für mobile Einheiten, z.B. Kraft­fahrzeuge, mit einem Brenner für Flüssigbrennstoff, der ein Verbren­nungsluftgebläse mit Motor, eine Mischeinrichtung zum Erzeugen eines Brennstoffluftgemisches, eine Zündelektrodenanordnung und eine Brenn­kammer aufweist, und mit einer Steuerung zum Steuern des Zündvor­ganges.

[0002] Solche Heizgeräte werden üblicherweise als sogenannte Zusatz- oder Standheizungen in Personen- und Lastkraftfahrzeugen und in Omnibussen eingesetzt. Der flüssige Brennstoff (Benzin oder Dieselöl) wird mit Hilfe eines Gebläsemotors und einer Mischeinrichtung mit Verbrennungs­luft vermischt und in einer Brennkammer verbrannt. Die in der Brenn­kammer entstehende Wärme wird mit Hilfe eines Wärmeträgers (Luft oder Wasser) abgeleitet.

[0003] Das Zerstäuben des Brennstoffs erfolgt bei bestimmten Geräten mit Hilfe eines Druckzerstäubers. Aus einer Brennstoffdüse wird der Brenn­stoff mit Druck ausgetrieben, und von dem Verbrennungsluftgebläse wird Luft in den Bereich der Düse geleitet, damit sich der ausgesprühte Brennstoff mit der Luft gut durchmischt.

[0004] 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 Luftströmungsgeschwindigkeiten erreicht werden kann. Deshalb arbeitet das Verbrennungsluftgebläse bei einem solchen Heizgerät mit relativ hoher Drehzahl.

[0005] 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.

[0006] 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 Verlustleistung und dem Erfordernis, die im Vorwiderstand entstehende Wärme abzuleiten, ist es aufgrund von unvermeidlichen Drehzahltoleranzen schwierig, die für den Zündvorgang geeignete Drehzahl festzulegen.

[0007] Man kann weiterhin daran denken, die Luftzuführung so zu gestalten, daß eine niedrigere Strömungsgeschwindigkeit erreicht wird. Derartige konstruktive Lösungen sind aber riskant, da die Gefahr der übermäßigen Rußbildung, insbesondere bei Niedrigspannung aufgrund schlechter Durchmischung von Luft- und Brennstoff besteht.

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Heizgerät der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem eine einwandfreie Zündung auch bei hohen Betriebs­spannungen und/oder tiefen Temperaturen gewährleistet ist.

[0009] 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 etwas später mittels der Zündelektrodenanord­nung zündet. Besonders wirksam und interessant ist die Erfindung in Verbindung mit Druckzerstäuberbrennern mit Hochspannungszündung.

[0010] Üblicherweise werden die Heizgeräte so betrieben, daß nach dem Ein­schalten zunächst das Verbrennungsluftgebläse in Gang gesetzt wird, um den Brenner "vorzuspülen". Die Erfindung sieht nun vor, das Verbren­nungsluftgebläse für dieses "Vorspülen" zunächst einzuschalten, dann aber wieder für eine erste vorbestimmte 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 verringerten 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 Verbrennungsluftgebläses 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.

[0011] Nach erfolgter Zündung muß die Drehzahl des Verbrennungsluftgebläses wieder auf den für den Normalbetrieb vorgesehenen Wert angehoben wer­den, indem der Gebläsemotor wieder an Spannung gelegt wird. Man kann den Zeitpunkt des Wiedereinschaltens des Gebläses so festlegen, daß er vom Ausschalten des Gebläses eine bestimmte Zeitspanne entfernt ist.

[0012] Die hier in Rede stehenden Heizgeräte besitzen aber aufgrund einschlä­giger Vorschriften eine Flammerkennungseinrichtung, 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 vorhanden ist. Das von der Flammenerkennungseinrichtung gelie­ferte Signal wird erfindungsgemäß dazu verwendet, nach dem Zündvorgang das Verbrennungsluftgebläse wieder einzuschalten. Das Inbetriebsetzen des Heizgerätes erfolgt also dadurch, daß zunächst das Verbrennungs­luftgebläse eingeschaltet wird, nach einer gewissen Zeitspanne span­ nungslos 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 Flammenerkennungseinrichtung gelieferte Signal das Wieder­einschalten des Verbrennungsluftgebläses veranlaßt.

[0013] 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 Verbrennungsluftgebläse-Motors und nachdem dessen Betriebsdrehzahl 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 Gebläsemotors mit der Brennstoffzufuhr begonnen und die Zündung eingeschaltet wird und daß nach erfolgter Zündung der Gebläsemotor wieder dauernd an Spannung ge­legt wird. Während 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 erreicht, 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 Spannungspegel gesteuert wird, wozu bei ausgeschaltetem Gebläsemotor, der dann als Generator arbeitet, weil er aufgrund der ihm eigenen Trägheit nachläuft, die EMK erfaßt und mit den beiden Spannungspegeln verglichen wird. Die hierzu 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 Ge­bläsemotors dessen Funktion geprüft wird. Hierzu wird der angefahrene Motor kurzzeitig ausgeschaltet und während der Ausschaltzeit die von dem dann als Generator arbeitenden Motor erzeugte EMK erfaßt. Mit die­ ser Einrichtung lassen sich auch die beiden genannten Spannungspegel für die Steuerung des intermittierenden Schaltens des Gebläsemotors gewinnen. Grundsätzlich kann man auch mit einem einzigen Vergleichs-­Spannungspegel arbeiten, um bei Erreichen eines Minimum-Pegels den Ge­bläsemotor wieder einzuschalten. Das zwischenzeitliche Einschalten des Motors erfolgt während vorgegebener fester Zeitintervalle.

[0014] Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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

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

[0015] Die Erfindung ist speziell auf eine Standheizung mit Druckzerstäuber­brenner und Hochspannungszündung gerichtet. Derartige Geräte sind all­gemein bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert zu werden. Im vorliegenden Fall geht es speziell um den Zündvorgang.

[0016] Wie Fig. 1 zeigt, wird mit dem Einschalten des Geräts der Motor des Verbrennungsluftgebläses eingeschaltet. Dann schließt sich die Vor­spülphase an. Von dem Einschaltzeitpunkt (t₀) an dauert es eine ge­wisse Zeit bis das Verbrennungsluftgebläse die Nenndrehzahl von z.B. 5000 UPM erreicht hat. Zu einem Zeitpunkt t1 wird das Verbrennungs­luftgebläse spannungslos geschaltet. Das Gebläse läuft mit stetig ab­nehmender Drehzahl weiter. Gleichzeitig mit dem Abschalten des Geblä­ses (t₁) oder zu einem gewissen Zeitpunkt t₂ nach dem Abschalten des Verbrennungsluftgebläses wird die Zündung eingeschaltet, und das in der Brennstoffleitung enthaltene Magnetventil wird geöffnet, so daß der Brennstoffdüse Brennstoff zugeführt wird. Der aus der Düse aus­ tretende Brennstoff vermischt sich mit der von dem Verbrennungsluft­gebläse kommenden Verbrennungsluft. Da an die Zündelektrode eine Hoch­spannung gelegt wird, kann es zur Zündung kommen. Nach dem Zeitpunkt t₂ nimmt die Drehzahl des Verbrennungsluftgebläses mehr und mehr ab. Das Gemisch aus Luft und Brennstoff wird dabei etwas fetter. Zu irgendeinem Zeitpunkt nach dem Zeitpunkt t₂ hat das Gemisch aus Luft und Brennstoff die für die Zündung geeignete Zusammensetzung und Strömungsgeschwindigkeit. Dann kommt es zum Zeitpunkt t₃ zur Zündung. Die nun entstehende Flamme wird von einer Flammenerkennungseinrichtung erkannt. Die Flammenerkennungseinrichtung liefert ein Signal, aufgrund dessen das Gebläse eingeschaltet und die Zündung ausgeschaltet wird. Die Drehzahl des Verbrennungsluftgebläses steigt wieder auf den Nenn­wert von 5000 UPM an, und anschließend arbeitet das Gerät im statio­nären Zustand.

[0017] Der Zeitabstand zwischen t₂ und t₁ kann vorzugsweise - wie gesagt - Null betragen, er kann aber auch abhängig von der etwa zu erwartenden "Zünddrehzahl" auf einen endlichen Wert eingestellt werden.

[0018] Das Einschalten der Zündung nach dem Ausschalten des Verbrennungsluft­gebläses erfolgt z.B. bei einer Drehzahl von 3800 UPM, und das Entzün­den des Brennstoff-/Luftgemisches erfolgt dann bei einer noch etwas geringeren Drehzahl.

[0019] Fig. 2 zeigt den Drehzahlverlauf des Verbrennungsluftgebläse-Motors in Verbindung mit den Ein- und Ausschaltsignalen des Motors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

[0020] Der Verbrennungsluftgebläse-Motor arbeitet nach Abschalten von der Spannungsquelle als Generator und erzeugt eine EMK, die von der jewei­ligen Drehzahl n abhängt. Der Luftdurchsatz V ist etwa proprotional zu der Drehzahl.

[0021] Im Zeitpunkt t₁, also nachdem die Nenndrehzahl a für den stationären Betrieb erreicht ist, wird der Motor ausgeschaltet. Die dann von dem Gebläsemotor erzeugte EMK wird ermittelt und mit einem unteren Schwel­ lenwert c verglichen. Sind die beiden verglichenen Werte im Zeitpunkt ta gleich, wird der Gebläsemotor wieder eingeschaltet. Im Zeitpunkt t_b wird ein höherer Schwellenwert b erreicht, so daß zu diesem Zeitpunkt tb der Gebläsemotor wieder ausgeschaltet wird. Durch wiederholtes Ein- und Ausschalten bewegt sich die Drehzahl des Verbrennungsluftgebläses zwischen den beiden Werten c und b. In dieser Phase des intermittie­renden Ein- und Ausschaltens erfolgt das Einschalten der Brennstoff­zufuhr und das Einschalten der Zündelektroden. Im Zeitpunkt t₃ wird die Flamme erkannt und der Gebläsemotor wird wieder dauernd an Span­nung gelegt.

[0022] Das Ermitteln der Drehzahl bzw. der EMK entsprechend dem Pegel b kann entfallen, und statt dessen kann die Einschaltdauer b, während der der Gebläsemotor kurzfristig eingeschaltet wird, festgelegt werden. Aufgrund von Erfahrungswerten kann man den Wert b so festlegen, daß nach dieser Zeitspanne eine Drehzahl erreicht ist, die etwa dem Wert b entspricht.

Ansprüche

1. Heizgerät für mobile Einheiten, z.B. Kraftfahrzeuge, mit einem Brenner für Flüssigbrennstoff, der ein Verbrennungsluftgebläse mit Motor, eine Mischeinrichtung zum Erzeugen eines Brennstoff-Luft­gemisches, eine Zündelektrodenanordnung und eine Brennkammer auf­weist, und mit einer Steuerung zum Steuern des Zündvorganges, 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 Zündelektro­denanordnung zündet.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner ein Druckzerstäuberbrenner mit Hochspannungszündung ist.

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

4. Heizgerät nach Anspruch 3 mit einer Flammenerkennungseinrichtung, 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 gewissen 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.

Zeichnung