Steuerung der Zündung eines Verdampfungsbrenners

Abstract

 Während der Zündphase wird der Verdampfungsbrenner nur von einem minimalen Luftstrom durchsetzt, gleichzeitig wird ein Brennkammerbereich durch eine Glühkerze mit hoher Leistung erhitzt. Sodann wird die Brennstoffzufuhr mit sehr schwacher Förderleistung eingeschaltet, während gleichzeitig der Luftdurchsatz in der Brennkammer erhöht wird. Nach dem Zünden des Brennstoffes in der Brennkammer wird die Glühkerze ausgeschaltet, außerdem werden die Brennstoffzufuhr sowie der Luftdurchsatz bis auf die Werte für normalen Heizbetrieb erhöht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Steuerung der Zündung eines Verdampfungsbrenners eines insbesondere zur Innenraumbeheizung eines Kraftfahrzeuges dienenden Heizgerätes mit regel- bzw. steuerbarem Gebläse für Verbrennungsluft und Glühkerze zum Vorheizen des Verdampfers, welcher während des Vorheizens zur Entfernung eventueller Brennstoffrückstände bzw. -dämpfe durch das Gebläse belüftet wird.

[0002] Bei derzeit üblichen Verdampfungsbrennern wird in der Zündphase zunächst das Gebläse auf hohe Leistung gesteuert. Gleichzeitig heizt die Glühkerze den Verdampfer auf. Nach einer längeren Aufheizphase wird dann bei weiterhin mit hoher Leistung laufendem Gebläse Kraftstoff in den Verdampfer eingebracht und dort aufgrund der inzwischen erreichten hohen Temperatur des Verdampfers entzündet. Danach kann die Glühkerze ausgeschaltet werden, da nunmehr die entzündeten Flammen kontinuierlich weiterbrennen, solange hinreichend Brennstoff und Luft zugeführt werden.

[0003] Aus der DE 40 30 384 C2 ist es bekannt, während der Zündphase des Verdampfungsbrenners die Glühkerze zunächst in einer ersten Phase mit hoher Leistung und danach in einer zweiten und dritten Phase mit zunehmend verminderter Leistung zu betreiben. In der ersten Phase wird kurzzeitig Brennstoff in den Verdampfer eingebracht. Danach wird die Brennstoffzufuhr zunächst unterbrochen und erst in der dritten Phase wieder eingeschaltet. In der ersten Phase wird während der Brennstoffeinbringung oder -förderung kurzzeitig ein starker Luftstrom durch den Verdampfer geleitet. Während der zweiten Phase dann kurze Luftstöße mit schwächerer Leistung, und in der dritten Phase wird dann die Luftzufuhr für Dauerbetrieb eingeschaltet und kontinuierlich erhöht.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine neue Steuerung für die Zündung eines Verdampfungsbrenners eines Heizgerätes zu schaffen, wobei insbesondere ein geringer Energieverbrauch beim Betrieb der Glühkerze erzielt werden soll.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gebläse während der Vorheizphase bei eingeschalteter Glühkerze und noch stillstehender Brennstoffpumpe zunächst nur mit minimaler Leistung anläuft, daß dann die Brennstoffpumpe bei minimaler bzw. sehr geringer Gebläseleistung mit geringer Förderleistung zu laufen beginnt, und daß nach Zündung einer Flamme die Gebläseleistung unter verzögert nachfolgender Erhöhung der Förderleistung der Pumpe - vorzugsweise mehrfach - erhöht wird.

[0006] Dabei ist in besonders bevorzugter Weise vorgesehen, die Glühkerze mit hoher Leistung arbeiten zu lassen bzw. eine Glühkerze mit hoher elektrischer Leistung zu verwenden.

[0007] Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, während der Vorheizphase die Luftzufuhr zum Verdampfungsbrenner soweit als möglich einzuschränken bzw. ganz zu unterlassen, um eine in dieser Phase unerwünschte Kühlung der Glühkerze zu vermeiden. Das gleichwohl, wenn auch mit minimaler Leistung, laufende Gebläse soll im Bedarfsfall nur noch sicherstellen, daß der Verdampfungsbrenner von Brennstoffrückständen und -dämpfen befreit wird, die unter ungünstigen Betriebsbedingungen - etwa wenn das Heizgerät in an sich unsachgemäßer Weise mehrfach kurz hintereinander an- und ausgestellt wurde - eventuell auftreten könnten. Durch die Entfernung dieser Rückstände und Dämpfe wird eine unkontrollierte Zündung vermieden. Gleichzeitig nutzt die Erfindung die an sich überraschende Erkenntnis, daß ein minimaler Betrieb des Gebläses zum Freiblasen des Verdampfungsbrenners ausreicht.

[0008] Da bei der Erfindung die Glühkerze in der Vorheizphase in ihrer Heizwirkung weder durch einen übermäßig kühlenden Luftstrom noch durch ebenfalls kühlend wirkende Brennstoffreste oder -dämpfe nennenswert beeinträchtigt wird, kann die Glühkerze und die Zündzone des Verdampfungsbrenners schnell aufgeheizt werden. Wenn dabei die Glühkerze mit hoher Leistung arbeitet, erfolgt die Wärmezufuhr durch die Glühkerze deutlich schneller als der Wärmetransport innerhalb des Verdampfungsbrenners, mit der Folge, daß in der Umgebung der Glühkerze sehr schnell zur Zündung von Brennstoff ausreichende Temperaturen erreicht werden, während der Verdampfungsbrenner im übrigen noch kühler bleibt. Damit läßt sich die erwünschte Wirkung erreichen, daß bei der nachfolgenden Zufuhr einer geringen Brennstoffmenge bei zunächst noch minimaler Gebläseleistung in der Umgebung der Glühkerze eine kleinere Flamme gezündet wird, die dann ihrerseits den Verdampfungsbrenner zunehmend erhitzt, ohne daß dazu noch ein weiterer Betrieb der Glühkerze notwendig wäre.

[0009] Auf diese Weise läßt sich der während der Zündphase notwendige gesamte Energieverbrauch der Glühkerze deutlich vermindern. Es muß lediglich gewährleistet werden, daß für die Glühkerze eine Energieversorgung vorhanden ist, die kurzzeitig eine hohe Leistungszufuhr ermöglicht.

[0010] Derartiges ist mit heutigen Batterien ohne weiteres möglich.

[0011] In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist für die Vorheizphase je nach Umgebungstemperatur ein kürzerer oder - bei tiefen Umgebungstemperaturen - längerer Zeitraum vorgesehen. Auf diese Weise kann bei



gemäßigten" Wintertemperaturen erheblich elektrische Energie während des Starts eines Heizgerätes gespart werden.

[0012] Des weiteren ist es zweckmäßig, bei der Länge der Vorheizphase auch die Art des jeweils verwendeten Brennstoffes zu berücksichtigen. Während

normale" Dieselkraftstoffe regelmäßig Komponenten enthalten, die schon bei relativ geringer Temperatur verdampfen, haben Ersatzbrennstoffe auf pflanzlicher Basis - typischerweise handelt es sich dabei um Pflanzenmethylester - höhere Verdampfungstemperaturen, so daß eine etwas längere Vorheizphase notwendig wird. Durch eine Umschaltbarkeit des Heizgerätes auf unterschiedliche Brennstoffqualitäten läßt sich dann gewährleisten, daß in der Vorheizphase mit dem jeweils geringst möglichen Energiebedarf gearbeitet wird.

[0013] Soweit ein Fahrzeugmotor durch Betätigung eines Schalters auf unterschiedliche Brennstoffqualitäten umgeschaltet wird, kann gegebenenfalls durch diesen Schalter auch das Heizgerät entsprechend umgesteuert werden.

[0014] Nachfolgend wir die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

[0015] Dabei zeigt

Fig. 1

ein schematisiertes Schnittbild eines Heizgerätes mit Verdampfungsbrenner und

Fig. 2

ein Diagramm, welches die erfindungsgemäße Steuerung bei der Zündung des Heizgerätes wiedergibt.

[0016] Das Heizgerät der Fig. 1 besitzt in grundsätzlich bekannter Weise eine Brennkammer 1, der über eine Dosierpumpe 2 Brennstoff und über ein Gebläse 3 Verbrennungsluft steuerbar zuführbar ist. Die Wandungen der Brennkammer 1 bzw. Wandungsbereiche derselben sind durch ein Drahtvlies überdeckt bzw. aus derartigem Material ausgebildet, welches zugeführten Brennstoff nach Art eines Dochtes aufnimmt, wobei dann der von diesem Drahtvlies abdampfende Brennstoff unter Luftzuführung selbsttätig abbrennt.

[0017] Seitlich an der Brennkammer 1 ist ein radialer Sackraum 1' angeordnet, in dem eine Glühkerze 1'' untergebracht ist, welche in weiter unten dargesteller Weise zur Zündung des Brennstoffes dient, der vorzugsweise über den Sackraum 1' bzw. die Umgebung der Glühkerze 1'' zur Brennkammer 1 geleitet wird.

[0018] An die Brennkammer 1 schließt ein Wärmetauscher 4 an, welcher einen von den aus der Brennkammer 1 austretenden Verbrennungsgasen durchströmten Gasraum 5 sowie einen von einem hydraulischen Wärmeträgermedium, in der Regel Wasser, durchsetzten Hydraulikraum 6 aufweist, der gegenüber dem Gasraum 5 durch einen Gasmantel 7 und nach außen durch einen Wassermantel 8 abgeschlossen ist. Die Verbrennungsgase treten in den Gasraum 5 über ein ausgangsseitig an der Brennkammer 1 angeordnetes Flammrohr 9 ein und werden am von der Brennkammer 1 abgewandten geschlossenen Ende des Gasraumes 5 umgelenkt, so daß sie über eine Abgasleitung 10 und einen nicht dargestellten Abgasschalldämpfer nach außen abgeleitet werden können, nachdem sie an der Wandungs des Gasmantels 7 unter Übertragung von Wärme auf das hydraulische Wärmeträgermedium entlanggeströmt sind.

[0019] Der Hydraulikraum 6 wird vom hydraulischen Wärmeträgermedium, welches durch entsprechende Führungsstege auf der Außenseite des Gasmantels 7 geführt wird, schraubenförmig von einem Eingang 11 zu einem Ausgang 12 hin in einem Kreislauf durchströmt, der über ein oder mehrere Heizkörper (nicht dargestellt) und/oder über den Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugmotors führt.

[0020] Gegebenenfalls kann anstelle des hydraulischen Wärmeträgermediums auch direkt Luft aufgeheizt werden, die zu diesem Zweck mittels eines gesonderten Gebläses über die Außenseite des Gasmantels 7 geführt wird.

[0021] Die Fig. 2 zeigt nun die Steuerung während der Zündphase des Verdampfungsbrenners.

[0022] Im Diagramm A ist die Leistung P des Gebläses 3 in Abhängigkeit von der Zeit t aufgetragen.

[0023] Im Diagramm B wird die Förderleistung Q der Dosierpumpe 2 in Abhängigkeit von der Zeit t wiedergegeben.

[0024] Das Diagramm C zeigt das Auftreten eines Signales S zur Flammenerkennung in Abhängigkeit von der Zeit t.

[0025] Das Diagramm D zeigt, mit welcher elektrischen Leistung W die Glühkerze in Abhängigkeit von der Zeit t beaufschlagt wird.

[0026] Das Heizgerät möge nun zu einem Zeitpunkt t₀ eingeschaltet werden.

[0027] Damit schaltet die Steuerung des Heizgerätes das Gebläse 3 auf eine sehr geringe Leistung P₁, welche im wesentlichen gerade ausreichend ist, um die Brennkammer 1 von eventuellen Brennstoffrückständen oder -dämpfen freizuhalten.

[0028] Gleichzeitig oder mit geringer Zeitverzögerung wird die Glühkerze 1'' auf eine hohe Leistung W_h eingeschaltet.

[0029] Gemäß einer Alternative kann auch zum Zeitpunkt t₀ nur die Glühkerze 1'' eingeschaltet werden, das Gebläse 3 wird dann mit Verzögerung zum Zeitpunkt t₀₁ angefahren.

[0030] Die Dosierpumpe 2 bleibt zunächst ausgeschaltet. Nunmehr wird also die Brennkammer 1 bzw. der Sackraum 1' durch die Glühkerze 1'' vorgeheizt. Zu einem Zeitpunkt t₁, der in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur derart gewählt wird, daß die Glühkerze 1'' zumindest einen kleinen Bereich des Sackraumes 1' bzw. der Brennkammer 1 auf eine hinreichend hohe Temperatur zu bringen vermag, wird die Dosierpumpe 2 eingeschaltet und auf eine geringe Förderleistung Q₁ gebracht. Der nunmehr über den Sackraum 1' zuströmende Brennstoff entzündet sich nach kurzer Zeit, so daß zu einem Zeitpunkt t₂ von einem nicht dargestellten Flammenerkennungssensor ein Ausgangssignal S₁ erzeugt wird.

[0031] Aus Sicherheitsgründen bleibt danach die Glühkerze noch kurzzeitig eingeschaltet. Nach einem Zeitpunkt t₃ bleibt dann die Glühkerze 1'' ausgeschaltet.

[0032] Etwa beginnend mit dem Zeitpunkt t₁ wird die Leistung des Gebläses 3 kontinuierlich hochgefahren, derart, daß zu einem Zeitpunkt t₄ eine leicht erhöhte Gebläseleistung P₄ erreicht wird. Kurz danach zu einem Zeitpunkt t₅ wird dann die Dosierpumpe 2 auf eine leicht erhöhte Förderleistung Q₅ hochgesteuert, die dann zunächst unverändert bleibt, während die Leistung des Gebläses 3 erneut hochgefahren wird und zu einem Zeitpunkt t₆ eine mittlere Leistung P₆ erreicht.

[0033] Danach wird zu einem Zeitpunkt t₇ die Förderleistung der Dosierpumpe 2 erneut erhöht, uns zwar auf einen Wert Q₇. Gleichzeitig wird die Leistung des Gebläses 3 hochgefahren, bis zum Zeitpunkt t₈ die große Gebläseleistung P₈ für normalen Heizbetrieb vorliegt. Damit ist die Startphase des Heizgerätes beendet. Nunmehr erfolgt ein grundsätzlich herkömmlicher - geregelter - Heizbetrieb.

Ansprüche

1. Steuerung der Zündung eines Verdampfungsbrenners eines insbesondere zur Innenraumbeheizung eines Kraftfahrzeuges dienenden Heizgerätes mit regel- bzw. steuerbarem Gebläse für Verbrennungsluft und Glühkerze zum Vorheizen des Verdampfers, welcher während des Vorheizens zur Entfernung eventueller Brennstoffrückstände bzw. -dämpfe durch das Gebläse belüftet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gebläse (3) während der Vorheizphase bei eingeschalteter Glühkerze (1'') und noch stillstehender Brennstoffpumpe (2) bzw. ausgeschalteter Brennstoffzufuhr mit minimaler Leistung (P₁) anläuft, daß dann die Brennstoffpumpe (2) bzw. Brennstoffzufuhr bei minimaler bzw. sehr geringer Gebläseleistung (P₁) mit geringer Förderleistung (Q₁) zu laufen beginnt und daß nach Zündung einer Flamme die Gebläseleistung unter verzögert nachfolgender Erhöhung der Förderleistung der Brennstoffpumpe (2) bzw. Brennstoffzufuhr - vorzugsweise mehrfach - erhöht wird.

2. Steuerung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Glühkerze (1'') immer mit hoher Leistung (W_h) arbeitet.

3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Betriebsdauer (t₃ - t₀) der Glühkerze (1'') in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur steuerbar ist.

4. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Betriebsdauer (t₃ - t₀) der Glühkerze (1'') in Abhängigkeit von der Verdampfungstemperatur des Brennstoffes bzw. einer Brennstoffkomponente steuerbar ist.

5. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gebläse (3) beim Einschalten der Glühkerze (1'') anläuft.

6. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gebläse (3) mit Verzögerung (t₀₁ - t₀) gegenüber dem Einschaltpunkt (t₀) der Glühkerze (1'') anläuft.

Zeichnung