DE10109412A1 - Fluidfördereinrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Fluidfördereinrichtung, insbesondere zum Fördern von Verbrennungsluft zu einem Heizbrenner eines Kraftfahrzeugs oder zum Fördern von Heizmedium, vorzugsweise Heizluft, durch ein Heizmedium-Leitungssystem eines Kraftfahrzeugs, umfasst ein durch einen Antrieb (16) zur Drehung antreibbares Förderorgan (18), eine Drehzustands-Überwachungsanordnung (34, 40) zum Überwachen des Drehzustands des Fördergangs (16) sowie eine Betriebszustands-Ermittlungsanordnung (40) zum Ermitteln des Betriebszustands eines durch die Fluidfördereinrichtung mit Fluid zu versorgenden Systems (10), beruhend auf dem Überwachungsergebnis der Drehzustands-Überwachungsanordnung (40).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidfördereinrichtung, insbesondere zum Fördern von Verbrennungsluft zu einem Heizbrenner eines Kraftfahr­ zeugs oder/und zum Fördern von Heizmedium, vorzugsweise Heizluft, durch ein Heizmedium-Leitungssystem eines Kraftfahrzeugs.

In modernen Kraftfahrzeugen werden zunehmend zusätzliche Heizaggregate eingesetzt, um beispielsweise im Stillstand des Antriebsaggregats oder zusätzlich zu dem Antriebsaggregat Luft zu erwärmen und diese erwärmte Luft dem Fahrgastraum oder der Führerkabine zuzuführen. Derartige Heiz­ einrichtungen oder Zusatzheizer weisen im Allgemeinen einen Heizbrenner auf, in welchem ein Brennstoff, der im Allgemeinen auch dem in einem Fahrzeugantriebsaggregat zu verbrennenden Brennstoff entspricht, zusam­ men mit zugeführter Verbrennungsluft verbrannt wird. Die dabei entste­ hende Wärme wird auf ein in einem Wärmetauscherbereich den Heizbren­ ner umströmendes Medium, beispielsweise Luft oder Wasser, übertragen. Die Verbrennungsluft und auch diejenige Luft oder dasjenige Medium, auf welches die Wärme übertragen werden soll, werden im Allgemeinen durch Gebläse, Pumpen oder Ventilatoren zum Heizbrenner bzw. in den Wärme­ tauscherbereich gefördert.

Bei derartigen Systemen ist es von Bedeutung, den aktuellen Betriebszu­ stand des mit dem zu fördernden Medium zu versorgenden Systembereichs zu erkennen. Beispielsweise ist es im Bereich des Heizbrenners von Bedeu­ tung zu erkennen, ob darin eine Verbrennung stattfindet oder nicht. Bei bekannten Systemen erfolgt dies durch Temperatursensierung von bei der Verbrennung thermisch beeinflussten Bauteilen oder beispielsweise durch optische Abtastung einer Brennkammer. Während die Temperaturerfassung von thermisch beeinflussten Bauteilen eine vergleichsweise träge Mess­ methode ist, bringt die optische Temperaturerfassung Probleme dahinge­ hend mit sich, dass beispielsweise ein Lichtleiter dicht in eine Brennkammer geführt werden muss und dass des Weiteren die Erfassung durch mögli­ cherweise im Bereich des Sensorbereichs auftretende Ablagerung von Ver­ schmutzungspartikeln beeinflusst wird.

Auch im Bereich der Heizluftförderung ist es von Vorteil zu erkennen, ob möglicherweise eine Verdämmung, beispielsweise gewollte oder ungewollte Verstopfung des Leitungssystems, vorliegt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fluidförderein­ richtung zum Fördern eines Fluids zu einem mit dem Fluid zu versorgenden System beziehungsweise ein Verfahren zum Charakterisieren des Betriebs­ zustands eines derartigen Systems vorzusehen, mit welchen in einfacher und zuverlässiger Weise auf den aktuellen Betriebszustand dieses Systems bzw. die Änderung des Betriebszustandes geschlossen werden kann.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Fluidfördereinrichtung, insbesondere zum Fördern von Verbrennungsluft zu einem Heizbrenner eines Kraftfahrzeugs oder zum Fördern von Heizmedium, vorzugsweise Heizluft, durch ein Heizmedium- Leitungssystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein durch einen Antrieb zur Drehung antreibbares Förderorgan, eine Drehzustands-Überwachungs­ anordnung zum Überwachen des Drehzustands des Förderorgans sowie eine Betriebszustands-Ermittlungsanordnung zum Ermitteln des Betriebs­ zustands eines durch die Fluidfördereinrichtung mit Fluid zu versorgenden Systems beruhend auf dem Überwachungsergebnis der Drehzustands- Überwachungsanordnung.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass Veränderungen im Betriebszustand eines mit einem Fluid zu beschickenden Systems im All­ gemeinen Auswirkungen auf den Strömungszustand des dieses System durchströmenden Fluids haben. So hat beispielsweise die Tatsache, ob in einem Heizbrenner eine Verbrennung stattfindet oder nicht, zur Folge, dass bei stattfindender Verbrennung aufgrund der thermisch bedingten Expan­ sion der im Brennraum vorhandenen Gase ein deutlich höherer Druckabfall zwischen diesem Systembereich und demjenigen Bereich, in welchem die Abgase dann austreten, vorhanden sein wird, als in einem Zustand, in dem keine Verbrennung stattfindet. Ein höherer Druckabfall bedeutet jedoch, dass die Fördereinrichtung beziehungsweise das Förderorgan derselben gegen einen höheren Druck arbeiten muss. Dies beeinflusst jedoch den Drehzustand dieses Förderorgans bzw. erfordert zur Aufrechterhaltung eines bestimmten vorgegebenen Drehzustands Veränderungen in der Be­ triebscharakteristik des Antriebs für das Förderorgan. Gemäß der vorliegen­ den Erfindung wird nun der Drehzustand des Förderorgans überwacht, so dass beruhend auf diesem Überwachungsergebnis, das gegebenenfalls einen veränderten Betriebszustand des Antriebs des Förderorans zur Folge haben kann, beispielsweise die Änderung eines Ansteuersignals, Aussagen über den Betriebszustand des mit dem geförderten Fluid beschickten Systems getroffen werden können. Fällt beispielsweise bei nicht veränder­ tem Betriebszustand, d. h. beispielsweise nicht veränderter Ansteuerung des Antriebs, die Drehzahl des Förderorgans ab, so ist dies ein Hinweis darauf, dass in dem stromabwärtigen Leitungssystem eine Erhöhung des Strömungswiderstands aufgetreten ist. Im Falle eines Heizbrenners kann somit darauf geschlossen werden, dass dieser gezündet hat.

Beispielsweise kann bei der erfindungsgemäßen Einrichtung vorgesehen sein, dass der Antrieb ein elektromotorischer Antrieb ist, dass dem elek­ tromotorischen Antrieb eine Ansteuervorrichtung zugeordnet ist, welche beruhend auf dem Überwachungsergebnis an den elektromtorischen An­ trieb ein durch wenigstens eine Ansteuergröße charakterisiertes Ansteuersignal ausgibt, und dass die Betriebszustands-Ermittlungsanordnung den Betriebszustand des Systems beruhend auf der Ansteuergröße oder/und einer zeitlichen Änderung derselben ermittelt. Bei diesem Aspekt der vor­ liegenden Erfindung wird also zur Charakterisierung beziehungsweise Erkennung des Betriebszustands des mit Fluid zu beschickenden Systems eine Größe ausgewertet, welche im normalen Betrieb ohnehin auftritt. Es sind somit keine zusätzlichen baulichen Maßnahmen an einem derartigen System, wie z. B. das Bereitstellen von Sensoren oder dergleichen, erfor­ derlich.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Betriebszustands-Ermitt­ lungsanordnung dann, wenn die Ansteuergröße oder/und die zeitliche Änderung derselben eine vorbestimmte Schwelle erreicht, das Vorliegen eines bestimmten Betriebszustands erkennt. Die Ansteuergröße kann beispielsweise ein Tastverhältnis einer dem elektromotorischen Antrieb zugeführten elektrischen Größe wiedergeben, welche beispielsweise die an diesen angelegte Spannung sein kann.

Bei einer vorangehend bereits angesprochenen alternativen Ausgestaltungs­ form kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Betriebszustands- Ermittlungsanordnung den Betriebszustand beruhend auf der Drehzahl des Förderorgans oder einer damit im Zusammenhang stehenden Größe oder einer zeitlichen Änderung davon ermittelt.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Heizsystem, insbesondere für ein Fahrzeug, bei welchem eine erfindungsgemäße Fluidfördereinrichtung zum Fördern von Verbrennungsgas, vorzugsweise Verbrennungsluft, zu einer Brennkrammer eines Heizbrenners vorgesehen ist oder/und eine erfindungsgemäße Fluidfördereinrichtung zum Fördern von Heizmedium, vorzugsweise Heizluft, durch ein Heizmedium-Leitungssystem vorgesehen ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die ein­ gangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Charakterisieren des Betriebszustands eines durch eine Fluidfördereinrichtung mit einem Fluid, vorzugsweise Gas, zu versorgenden Systems, wobei die Fluidförder­ einrichtung ein zur Drehung antreibbares Förderorgan umfasst, umfassend die Schritte:

• a) Erzeugen einer die Drehzahl des Förderorgans wiedergebenden Dreh­ zahlgröße,
• b) Überwachen der Drehzahlgröße,
• c) beruhend auf der Drehzahlgröße oder/und einer damit in Zusammen­ hang stehenden Ansteuergröße für einen Antrieb des Förderorgans, Gewinnen von den Betriebszustand des Systems charakterisierender Information.

Wie bereits vorangehend ausgeführt, kann gemäß den Prinzipien der vor­ liegenden Erfindung also durch die Überwachung der die Drehzahl des Förderorgans wiedergebenden Größe darauf geschlossen werden, in wel­ chem Betriebszustand das mit dem Fluid beschickte System sich befindet beziehungsweise ob eine Änderung des Betriebszustands vorliegt.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Ansteuergröße ein Tast­ verhältnis einer einem elektromotorischen Antrieb des Förderorgans zu­ geführten elektrischen Größe wiedergibt. Diese Größe kann beispielsweise die an den elektromotorischen Antrieb angelegte Spannung sein.

Beim Einsatz von elektromotorischen Antrieben in Verbrennungsluft-Förder­ systemen von Heizbrennern, wie z. B. Zusatzheizern in Kraftfahrzeugen, wird im Allgemeinen derart vorgegangen, dass durch eine entsprechende Regelschleife die Drehzahl des Förderorgans auf einem im Wesentlichen konstanten Wert gehalten wird. Dieser Wert ist derart eingestellt, dass bei stattfindender Verbrennung und dem dabei bekanntermaßen sich ergeben­ den Strömungswiderstand für das zugeführte Gas sich der gewünschte beziehungsweise erforderliche Volumenstrom (= durch einen bestimmten Kanalabschnitt pro Zeiteinheit hindurchtretendes Fluidvolumen) einstellen wird. Bei einem derartigen System kann gemäß einem vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung dann vorgesehen sein, dass zum Erhalt einer vorgegebenen Drehzahl des Förderorgans das Tastverhältnis auf einen veränderbaren Tastverhältniswert eingestellt wird und dass dann, wenn der Tastverhältniswert oder/und eine zeitliche Änderungsrate desselben eine vorbestimmte Schwelle erreicht, das Vorliegen oder Eintreten eines be­ stimmten Betriebszustands des Systems erkannt wird.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann besonders dann Anwendung finden, wenn das System ein Strömungsleitungssystem, vorzugsweise Heizluftleitungssystem, umfasst und wenn der Betrieb des Strömungs­ leitungssystems dahingehend charakterisiert wird, ob oder/und in welchem Ausmaß ein Strömungsmediumdurchtritt durch das Strömungsleitungs­ system behindert ist. Weiter ist besonders bevorzugt ein Einsatz einer derartigen Vorgehensweise möglich, wenn das System einen Heizbrenner, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug, umfasst, wenn das Fluid Gas, vor­ zugsweise Verbrennungsluft, umfasst und wenn der Betriebszustand des Heizbrenners dahingehend charakterisiert wird, ob oder/und in welchem Ausmaß eine Verbrennung stattfindet.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausgestaltungsformen detailliert be­ schrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine blockbildartige Darstellung einer in Verbindung mit einem Heiz­ brenner in einem Kraftfahrzeug eingesetzten Fluidfördereinrichtung;

Fig. 2 die bei konstanter Drehzahl eines Förderorgans sich ergebende Volu­ menstrom-Gegendruck-Kennlinie für den in Fig. 1 dargestellten Heiz­ brenner;

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf eines Ansteuersignals für den elektromotori­ schen Antrieb der Fluidfördereinrichtung der Fig. 1;

Fig. 4 die zeitliche Änderung des Tastverhältnisses des Ansteuersignals der Fig. 3 beim Übergang zwischen einem Verbrennungszustand und einem Nichtverbrennungszustand des Heizbrenners der Fig. 1;

Fig. 5 ein der Fig. 2 entsprechendes Diagramm, welches die Volumen­ strom-Gegendruck-Kennlinie für ein Heizluftleitungssystem in einem Kraftfahrzeug wiedergibt.

In Fig. 1 ist ein Gesamtsystem dargestellt, anhand welchem im Folgenden die Prinzipien der vorliegenden Erfindung dargestellt werden. Dieses Ge­ samtsystem umfasst einen allgemein mit 10 bezeichneten Heizbrenner, wie er beispielsweise als Standheizung oder Zusatzheizung Anwendung in einem Kraftfahrzeug finden kann. Diesem Heizbrenner 10 ist ein mit 12 bezeichnetes Verbrennungsluftgebläse zugeordnet, durch welches, wie durch einen Pfeil P₁ angedeutet, zur Verbrennung erforderliche Luft in eine Brennkammer 14 des Heizbrenners 10 gefördert wird. Das Gebläse 12 umfasst ein durch einen Elektromotor 16 zur Drehung antreibbares Förder­ rad 18. Die Drehzahl dieses Förderrads 18 beziehungsweise einer dieses tragenden Welle 20 wird durch einen Drehzahlsensor 24 erfasst. Das Ausgangssignal dieses Drehzahlsensors 24 wird, wie im Folgenden noch beschrieben, zu einer Ansteuervorrichtung 26 geleitet und in dieser ausge­ wertet.

Dem Heizbrenner 10 ist ferner eine Dosierpumpeneinrichtung 28 zugeord­ net, durch welche in einem Brennstofftank 30 enthaltener Brennstoff in definiert dosierter Art und Weise in die Brennkammer 14 geleitet wird (Pfeil P₂). Eine in der Brennkammer 14 beispielsweise vorhandene Glühkerze entzündet den beispielsweise in zerstäubter Art und Weise in die Brenn­ kammer 14 eingeleiteten Brennstoff und bringt ihn zur Verbrennung mit dem in der zugeführten Verbrennungsluft enthaltenen Sauerstoff. Die Verbrennungsabgase werden, wie durch einen Pfeil P₃ angedeutet, über ein nicht detaillierter dargestelltes Abgasführungssystem, gegebenenfalls mit Katalysator, nach außen hin abgegeben.

Dem Heizbrenner 10 ist ferner ein Wärmetauscherbereich 32 zugeordnet. Dieser Wärmetauscherbereich 32 wird von einem zu erwärmenden Fluid, beispielsweise Heizluft oder auch Wasser durchströmt, wie durch die Pfeile P₄ und P₅ angedeutet. Dabei wird die bei der Verbrennung in der Brenn­ kammer 14 erzeugte und in den Verbrennungserzeugnissen zunächst enthaltene Wärme zum Teil auf dieses zu erwärmende Fluid oder Medium übertragen. Im Falle von Heizluft kann diese beispielsweise dann direkt in eine Fahrgastkabine eines Fahrzeugs eingespeist werden. Wird als Medium Wasser herangezogen, so kann dieses in einem weiteren Wärmetauscher­ bereich seine Wärme dann auf Heizluft übertragen, welche dann wiederum in den Fahrgastraum eingespeist werden kann.

Der Elektromotor 16 und die Dosierpumpeinrichtung 28 stehen unter An­ steuerung der Ansteuervorrichtung 26. Diese erzeugt beispielsweise in einem Ansteuerbereich 34 für die Dosierpumpeinrichtung 28 entsprechende Ansteuerbefehle. Beispielsweise ist es möglich, dass im Falle einer elek­ tromagnetisch erregten Dosierpumpeinrichtung 28 durch den Ansteuerbe­ reich 34 eine von einer Spannungsquelle 36 gelieferte elektrische Span­ nung in getakteter Art und Weise an eine oder mehrere Magnetspulen der Dosierpumpeinrichtung 28 angelegt wird, um entsprechend dem Tastver­ hältnis und auch der Taktfrequenz vermittels der Dosierpumpeinrichtung 28, wie durch den Pfeil P₂ angedeutet, dann Brennstoff in die Brennkammer 14 einzuleiten.

Ebenso wie im Falle der Dosierpumpeinrichtung 28 kann der Ansteuerbe­ reich 34 auch den Betrieb des Elektromotors 16 steuern beziehungsweise regeln. Zum Erhalt einer korrekten Verbrennung in der Brennkammer 14 ist es erforderlich, vermittels des Gebläses 12 eine der eingeleiteten Brenn­ stoffmenge in korrekter Art und Weise mengenmäßig zugeordnete Ver­ brennungsluftmenge einzuleiten. Das heißt, das Gebläse 12 muss dazu ausgebildet sein, im Verbrennungsbetrieb einen vorgegebenen Volumen­ stom (pro Zeiteinheit in die Brennkammer 14 eingeleitetes Verbrennungs­ luftvolumen) aufrechtzuerhalten. Auch hier kann derart vorgegangen wer­ den, dass an den Elektromotor 16 eine Spannung vorgegebener Höhe in getakteter Art und Weise angelegt wird. Dies ist beispielsweise anhand der Fig. 3 erkennbar. Man sieht dort, dass die getaktete Spannung mit einer Spannungshöhe von U_V mit einer Taktperiodendauer D und einer Impuls­ breite I₁ angelegt wird, so dass zunächst sich ein Tastverhältnis von I₁/D ergibt. Um dies zu erhalten, kann beispielsweise durch den Ansteuerbereich 34 ein entsprechender Schalterbereich 38 angesteuert werden, über wel­ chen die von der Spannungsquelle 36 gelieferte Spannung in getakteter Art und Weise beispielsweise mit einer Frequenz im Bereich von 16 kHz bis 20 kHz angelegt wird.

Die im Elektromotor 16 aufzubringende elektrische Leistung hängt von verschiedenen Betriebsparametern ab und kann letztendlich wiedergegeben werden durch die folgende Größe:

V × Δp/η (1)

Dabei entspricht V dem Volumenstrom der Verbrennungsluft, Δp entspricht im Wesentlichen dem im Heizbrenner 10 aufgebauten Gegendruck, gegen welchen das Gebläse 12 fördern muss und ist somit ein Maß für den im Heizbrenner 10 bzw. den stromabwärtigen Leitungskomponenten vorhan­ denen Strömungswiderstand. Die Größe η gibt den Wirkungsgrad des Gebläses 10 wieder, wobei selbstverständlich auch der Wirkungsgrad des Elektromotors 16 in diese Größe eingeht.

In Fig. 2 ist eine Kennlinie K₁ dargestellt, welche für einen konstanten Drehzahlwert den Zusammenhang zwischen Volumenstrom V und Gegen­ druck, also Strömungswiderstand, Δp wiedergibt. Man erkennt, dass bei konstanter Drehzahl mit zunehmendem Gegendruck Δp der Volumenstrom abnimmt. Dieser aus der Kennlinie K₁ entnehmbare Zusammenhang wird gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung dazu genutzt, den Be­ triebszustand des Heizbrenners 10 zu charakterisieren.

Es sei hierzu zunächst angenommen, dass der Heizbrenner 10 eben in Betrieb genommen wird, d. h. in der Brennkammer 14 findet noch keine Verbrennung statt. Die durch das Gebläse 12 in die Brennkammer 14 eingeleitete Verbrennungsluft durchströmt diese Brennkammer 14 und das sich stromabwärtig anschließende Abgasführungssystem. Für dieses spe­ zielle Strömungssystem ergibt sich somit eine den Strömungswiderstand charakterisierende Kennlinie K₂ für einen Zustand ohne Verbrennung. Diese Kennlinie K₂ gibt letztendlich für verschiedene Drehzahlen und somit ver­ schiedene Strömungsgeschwindigkeiten den Strömungswiderstand für die in den Heizbrenner 10 eingeleitete beziehungsweise diesen durchströmende Verbrennungsluft an. Für die konkret vorgegebene Drehzahl, welcher auch die Kennlinie K₁ zugeordnet ist, ergibt sich dann ein im Kreis a vorhandener Schnittpunkt zwischen den beiden Kennlinien K₁ und K₂ als der Arbeits­ punkt des Gesamtsystems. Das heißt, es wird aufgrund des vorherrschen­ den Gegendrucks beziehungsweise Strömungswiderstands Δp₁ sich ein Volumenstrom V₁ einstellen.

Zündet nun der in die Brennkammer 14 des Heizbrenners 10 eingeleitete Brennstoff und tritt dabei die gewünschte Verbrennungsreaktion auf, so führt dies aufgrund des deutlichen Temperaturanstiegs auch zu einer erheb­ lichen Expansion der in der Brennkammer 14 und von dieser stromabwärts strömenden Verbrennungserzeugnisse, d. h. der Verbrennungsgase. Dies bedeutet, dass in der Brennkammer 14 und dem stromabwärtigen Leitungs­ system ein deutlich höherer Druck - gemessen bezüglich des Umgebungsdrucks - auftreten wird, welcher letztendlich einem deutlich erhöhten Gegendruck entspricht, gegen welchen nunmehr das Gebläse 12 fördern muss. Diesem Betriebszustand, in welchem in der Brennkammer 14 eine Verbrennung auftritt, ist nunmehr eine verschobene Strömungswider­ standskennlinie K₃ zugeordnet. Es ergibt sich - konstant gehaltene Drehzahl vorausgesetzt - nunmehr im Kreis b ein neuer Schnittpunkt zwischen den Kennlinien K₁ und K₃. Dies bedeutet, es hat sich der Arbeitspunkt des Systems verschoben, und bei einem Gegendruck beziehungsweise Strö­ mungswiderstand Δp₂, welcher deutlich über dem ohne Verbrennung vorhandenen Wert Δp₁ liegt, stellt sich nunmehr ein verringerter Volumen­ strom V₂ ein.

Die in Fig. 2 strichliert eingezeichneten Rechtecke mit den Seitenfängen Δp₁, V₁ beziehungsweise Δp₂, V₂ sind, wie man der vorangehend angege­ benen Formel (1) entnehmen kann, ein Maß für die vom Elektromotor 16 aufzubringende elektrische Leistung. Man erkennt, dass die im Falle von Verbrennung geforderte elektrische Leistung größer ist, als die elektrische Leistung, die bei nicht vorhandener Verbrennung gefordert wird. Um also die Drehzahl des Elektromotors 16 konstant halten zu können, muss dieser höheren geforderten elektrischen Leistung Rechnung getragen werden, indem, wie in Fig. 3 erkennbar, das Tastverhältnis verändert wird. Zu diesem Zwecke wird nunmehr bei auftretender Verbrennung von der Im­ pulsdauer I₁ zur Impulsdauer I₂ übergegangen, wobei jedoch grundsätzlich die Periodendauer D beibehalten bleibt.

Der Übergang in den Betrieb mit erhöhter Impulsdauer I₂ kann in Form eines Regelprozesses stattfinden. Tritt im Heizbrenner 10 beziehungsweise der Brennkammer 14 desselben die Verbrennung auf, so ist dies ein mehr oder weniger kontinuierlicher Übergang, welcher sich aufgrund des auch all­ mählich ansteigenden Gegendrucks Δp in einer Verringerung der Drehzahl des Gebläses 12 wiederspiegelt. Dies wird jedoch durch den Drehzahlsen­ sor 24 beziehungsweise den Ansteuerbereich 34 erkannt, und in Form einer Regelschleife wird durch entsprechende Ausgabe eines ein angepass­ tes Tastverhältnis repräsentierenden Signals vom Ansteuerbereich 34 zum Schalterbereich 36 die elektrische Leistung des Elektromotors 16 erhöht. Es sei hier darauf hingewiesen, dass die vermittels der Ansteuervorrichtung 26 durch geeignete Maßnahmen konstant zu haltende Drehzahl des Gebläsera­ des 18 derart bestimmt ist, dass für den Fall korrekter Verbrennung und dem sich dabei letztendlich einstellenden Gegendruck beziehungsweise Strömungswiderstand Δp die erforderliche Verbrennungsluftmenge in die Brennkammer 14 eingespeist wird. Dies bedeutet, dass in dem Zustand, in dem noch keine Verbrennung vorliegt, bei gleicher Drehzahl eine größere Verbrennungsluftmenge beziehungsweise ein größerer Volumenstrom der Verbrennungsluft in die Brennkammer 14 geleitet wird.

Die beruhend auf der Ausgabe des Drehzahlsensors 24, d. h. letztendlich auch beruhend auf der aktuellen Drehzahl beziehungsweise Drehzahlände­ rung des Förderrades 18 im Ansteuerbereich 34 erzeugte und das Tast­ verhältnis T repräsentierende Größe wird in einem Überwachungsbereich 40 der Ansteuervorrichtung 26 überwacht. Zu diesem Zwecke kann die das Tastverhältnis T repräsentierende Größe im Überwachungsbereich 40 mit einem oder mit mehreren Schwellenwerten verglichen werden. Dies wird im Folgenden anhand der Fig. 4 beschrieben.

Es sei hier zunächst angenommen, dass zum Zeitpunkt t₀ das System in Betrieb gesetzt wird und durch entsprechende Ausgabe aus dem Ansteuer­ bereich 34 an den Elektromotor 16 eine Spannung mit einem Tastverhält­ niswert T₁ angelegt wird. Zum Zeitpunkt t₁ beginnt das in der Brennkammer 14 vorhandene Gemisch aus Brennstoff und Verbrennungsluft zu zünden mit der Folge, dass nun allmählich der Gegendruck Δp ansteigt. Der an­ steigende Gegendruck macht sich in einem Abfall der Drehzahl des Förder­ rades 18 bemerkbar. Dem wird jedoch, wie vorangehend bereits beschrie­ ben, durch entsprechende Erhöhung des Tastverhältnisses T, d. h. Aus­ gabe eines entsprechend angepassten Signals vom Ansteuerbereich 34 zum Schalterbereich 38, Rechnung getragen. Dies ist auch in Fig. 4 erkenn­ bar, wo beginnend zum Zeitpuntk t₁ auch das Tastverhältnis T beginnt, ausgehend vom Wert T₁ anzusteigen. Zum Zeitpunkt t₂ hat der Tastverhält­ niswert eine Schwelle S_T1 erreicht. Dies wird im Überwachungsbereich 40 erkannt, und es kann beispielsweise dann darauf geschlossen werden, dass nunmehr im Wesentlichen eine korrekte Verbrennung in der Brennkammer 14 abläuft. Nach dem Zeitpunkt t₂ steigt bis zum Zeitpunkt t₃ durch sich noch geringfügig ändernde Verbrennungsverhältnisse der Gegendruck Δp noch geringfügig an, was eine entsprechende geringfügige Änderung des Tastverhältnisses auf einen Wert T₂ zur Folge hat. In der Phase zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₄ findet eine korrekte Verbrennung statt, so dass letztendlich sowohl im Gegendruck Δp als auch im Tastverhältnis T im Wesentlichen keine Änderung auftreten wird. Zum Zeitpunkt t₄ wird das System abgestellt, und die in der Brennkammer 14 zunächst noch statt­ findende Verbrennung kommt allmählich zum Erlöschen. Dabei nimmt selbstverständlich auch der Strömungswiderstand, d. h. der im System vorhandene Gegendruck Δp ab mit der Folge, dass ohne Gegenregelung die Drehzahl des Gebläserades 18 ansteigen würde. Dem wird jedoch wieder durch Änderung des Tastverhältnisses T im Sinne einer Verringerung der Impulszeitdauer Rechnung getragen, so dass ab dem Zeitpunkt t₄ das Tastverhältnis T wieder abnimmt. Ist zum Zeitpunkt t₅ dann ein weiterer Schwellenwert S_T2 erreicht, so kann darauf geschlossen werden, dass nunmehr in der Brennkammer 14 im Wesentlichen keine Verbrennung mehr stattfindet und der Heizbrenner 10 außer Betrieb ist. Vom Zeitpunkt t₅ bis zum Zeitpunkt t₆ ändern sich die Verbrennungs- beziehungsweise Strö­ mungsverhältnisse nur noch geringfügig, bis letztendlich zum Zeitpunkt t₆ wieder der Tastverhältniswert T₁ erreicht ist, der zum Bereithalten der konstanten Drehzahl des Gebläserades 18 bei nicht vorhandener Verbren­ nung erforderlich ist. Mit diesem Tastverhältnis T₁ kann beispielsweise das Gebläse 12 noch eine vorbestimmte Zeitdauer angesteuert werden, um die in der Brennkammer 14 noch vorhandenen Restverbrennungsgase aus dieser auszublasen. Durch Erreichen der jeweiligen Schwellenwerte S_T1 beziehungsweise S_T2 kann also unter Berücksichtigung der Tatsache, ob das Tastverhältnis T ansteigt oder abfällt, darauf geschlossen werden, in welchem Betriebszustand der Heizbrenner 10 sich befindet, d. h. ob und in welchem Ausmaß Verbrennung darin stattfindet. Der Überwachungsbereich 40 kann beispielsweise bei Erreichen dieser Schwellenwerte ein entspre­ chendes den Betriebszustand des Heizbrenners 10 charakterisierendes Signal liefern. Deutet dieses Signal beispielsweise darauf hin, dass keine Verbrennung vorliegt, wird jedoch gleichzeitig die Dosierpumpeinrichtung 28 betrieben, um Brennstoff in die Brennkammer 14 zu fördern, so kann dies ein Hinweis darauf sein, dass beispielsweise im Brennstofftank 30 kein Brennstoff mehr vorhanden ist oder dass aufgrund anderer Umstände oder Defekte keine Verbrennung stattfindet. Dies kann zur Erzeugung einer entsprechenden Warnung oder zur Stillsetzung des gesamten Systems führen.

In Fig. 4 ist die Auswertung des Absolutwertes des Tastverhältnisses T dargestellt. Dies ist eine Vorgehensweise, die vor allem bei Systemen Anwendung finden kann, bei welchen die Änderung des Betriebszustands, also beispielsweise der Übergang von einem Zustand ohne Verbrennung zu einem Zustand mit Verbrennung, relativ starke Änderungen in diesem Absolutwert des Tastverhältnisses T nach sich zieht. Da jedoch in dem Absolutwert des Tastverhältnisses auch systemspezifische Baugrößen und Fertigungstoleranzen sich widerspiegeln, kann es vorteilhaft sein, nicht den Absolutwert, sondern die zeitliche Änderung, also den Gradienten des Tastverhältnisses, auszuwerten. Die Auswertung verläuft dann letztendlich genauso wie vorangehend beschrieben, wobei in dem in Fig. 4 repräsentier­ ten Beispiel in der Phase 1, in welcher der Übergang vom nichtverbrennen­ den zum verbrennenden Zustand stattfindet, ein positiver Gradient den Übergang zum verbrennenden Zustand anzeigt, während in der Phase 2 ein negativer Gradient das Einstellen der Verbrennung anzeigt. Auch hier können für die Gradienten dann entsprechende Schwellenwerte gesetzt werden, die dann in dem Überwachungsbereich 40 in der vorangehend beschriebenen Art und Weise mit dem tatsächlich vorliegenden Gradienten verglichen werden und somit zur Erzeugung von den Betriebszustand des Heizbrenners charakterisierender Information beitragen.

Vorangehend ist der besonders bevorzugte Anwendungsbereich der Prinzi­ pien der vorliegenden Erfindung zur Überwachung des Flammzustandes eines Heizbrenners, wie er beispielsweise in Kraftfahrzeugen Einsatz finden kann, beschrieben worden. Diese Prinzipien lassen sich jedoch bei jedem System anwenden, bei welchem durch eine Fluidförderanordnung, also beispielsweise das in Fig. 1 dargestellte Gebläse 12, ein Fluid durch ein Leitungssystem gefördert wird. Eine Veränderung im Strömungswiderstand in diesem Leitungssystem hat eine Auswirkung auf die Drehzahl der Fluid­ förderanordnung beziehungsweise des Förderorgans derselben. Diese Drehzahländerung kann entweder unmittelbar als Indikator für die sich ändernden Strömungsverhältnisse herangezogen werden, d. h. es könnte letztendlich in dem Überwachungsbereich auch direkt die Drehzahl mit entsprechenden Schwellenwerten verglichen werden, anstelle der vorange­ hend beschriebenen Auswertung einer Größe, die mit der Drehzahl im Zusammenhang besteht, d. h. beruhend auf dieser erzeugt wird. Beispiels­ weise kann die erfindungsgemäße Vorgehensweise auch zum Einsatz kommen bei der Überwachung des Leitungssystems für das den Wärme­ tauscherbereich 32 durchströmende Heizmedium, also beispielsweise die Heizluft. Dies ist anhand des Diagramms der Fig. 5 veranschaulicht. Auch hier ist, ähnlich wie in der Fig. 2, eine Kennlinie K₁' dargestellt, welche für das für die Heizluft eingesetzte Gebläse beziehungsweise das Heizluftlei­ tungssystem bei vorgegebener Drehzahl den Zusammenhang des Volumen­ stroms V mit dem Gegendruck Δp darstellt. Für den Zustand ordnungs­ gemäßer Durchströmung ist wieder eine Strömungswiderstandskennlinie K₂' vorhanden, so dass anhand des im Kreis a' vorhandenen Schnittpunk­ tes wieder der Betriebspunkt des Systems für ordnungsgemäße Funktion erkennbar ist.

Ändert sich jedoch der Strömungswiderstand, beispielsweise durch absicht­ liche oder unabsichtliche Verdämmung des Leitungssystems, so verschiebt sich die Kennlinie K₂' nunmehr zu einer Kennlinie K₃' mit der Folge, dass im Kreis b' ein neuer Betriebspunkt erhalten wird. Aufgrund des höheren Gegendrucks Δp₂' stellt sich ein entsprechend verringerter Volumenstrom V₂' ein. Auch in diesem Falle ändert sich die geforderte elektrische Leis­ tung, so dass zum Beibehalt der Drehzahl beispielsweise wiederum das Tastverhältnis verändert wird. Auch hier kann das Tastverhältnis bezie­ hungsweise die zeitliche Veränderung desselben dann wieder überwacht werden, um letztendlich den Betriebszustand des Systems, in welches die Heizluft gefördert wird, also des Heizluftleitungssystems, charakterisie­ rende Information zu erlangen. Auch hier könnte jedoch bei nicht veränder­ ter Ansteuerung des Gebläses für die Heizluft durch Veränderung der Drehzahl eine Veränderung in der Strömungscharakteristik erkannt werden.

Das erfindungsgemäße Prinzip, eine Veränderung im Betriebszustand eines mit einem Fluid beschickten Systems dadurch zu erkennen, dass die Dreh­ zahl eines Fluidförderorgans oder eine mit dieser im Zusammenhang ste­ hende beziehungsweise beruhend auf dieser erzeugte Größe hinsichtlich ihres Absolutwertes oder ihrer zeitlichen Änderung überwacht wird, kann auch Einsatz bei jedwedem System finden, bei welchem ein Fluid zu för­ dern ist, wobei das Fluid nicht notwendigerweise gasförmig sein muss. Auch bei der Förderung von Flüssigkeit vermittels entsprechender Schaufel­ räder haben Änderungen im Strömungswiderstand des stromabwärts eines derartigen Schaufelrades liegenden Leitungssystems eine Auswirkung auf den Drehzustand des Leitungssystems, also induzieren eine Änderung der Drehzahl desselben beziehungsweise erfordern zum Beibehalt der Drehzahl eine entsprechend geänderte Ansteuerung. Es sei des Weiteren noch darauf hingewiesen, dass insbesondere aufgrund der Tatsache, dass auch unmittelbar die Drehzahl ausgewertet werden kann, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auch Anwendung bei Systemen finden können, bei welchen ein Förderorgan nicht elektromotorisch, sondern in anderer Art und Weise zur Drehung angetrieben wird. Das heißt, auch wenn keine ein Ansteuersignal charakterisierende beziehungsweise beeinflussende Größe zur Auswertung bereit steht, was beispielsweise der Fall sein kann, wenn ein Förderorgan durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird, kann durch Überwachung des Drehzustandes eines Förderorgans eine diesen Drehzustand beeinflussende Änderung der Strömungsverhältnisse erkannt werden.

Claims (13)

1. Fluidfördereinrichtung, insbesondere zum Fördern von Verbrennungs­ luft zu einem Heizbrenner eines Kraftfahrzeugs oder zum Fördern von Heizmedium, vorzugsweise Heizluft, durch ein Heizmedium- Leitungssystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend:
ein durch einen Antrieb (16) zur Drehung antreibbares Förder­ organ (18),
eine Drehzustands-Überwachungsanordnung (34, 40) zum Überwachen des Drehzustands des Förderorgans (16),
eine Betriebszustands-Ermittlungsanordnung (40) zum Ermit­ teln des Betriebszustands eines durch die Fluidfördereinrich­ tung mit Fluid zu versorgenden Systems (10) beruhend auf dem Überwachungsergebnis der Drehzustands-Überwa­ chungsanordnung (40).

2. Fluidfördereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (16) ein elektromotorischer Antrieb (16) ist, dass dem elektromotorischen Antrieb (16) eine Ansteuervorrichtung (26) zugeordnet ist, welche beruhend auf dem Überwachungsergebnis an den elektromtorischen Antrieb (16) ein durch wenigstens eine An­ steuergröße (T) charakterisiertes Ansteuersignal ausgibt, und dass die Betriebszustands-Ermittlungsanordnung (40) dem Betriebszu­ stand des Systems beruhend auf der Ansteuergröße (T) oder/und einer zeitlichen Änderung derselben ermittelt.

3. Fluidfördereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebszustands-Ermittlungsanordnung (40) dann, wenn die Ansteuergröße (T) oder/und die zeitliche Änderung derselben eine vorbestimmte Schwelle (S_T1, S_T2) erreicht, das Vorliegen eines bestimmten Betriebszustands erkennt.

4. Fluidfördereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Ansteuergröße (T) ein Tastverhältnis (T) einer dem elektromotorischen Antrieb (16) zugeführten elektrischen Größe wiedergibt.

5. Fluidfördereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Größe die an den elektromotorischen Antrieb (16) angelegte Spannung ist.

6. Fluidfördereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebszustands-Ermittlungsanordnung (40) den Betriebszustand beruhend auf der Drehzahl des Förderor­ gans (18) oder einer damit im Zusammenhang stehenden Größe oder einer zeitlichen Änderung davon ermittelt.

7. Heizeinrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend eine Fluidfördereinrichtung (12) nach einem der vorhergehenden An­ sprüche zum Fördern von Verbrennungsgas, vorzugsweise Verbren­ nungsluft, zu einer Brennkammer (14) eines Heizbrenners (10) oder/und umfassend eine Fluidfördereinrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Fördern von Heizmedium, vorzugs­ weise Heizluft, durch ein Heizmedium-Leitungssystem.

8. Verfahren zum Charakterisieren des Betriebszustands eines durch eine Fluidfördereinrichtung (12) mit einem Fluid, vorzugsweise Gas, zu versorgenden Systems (10), wobei die Fluidfördereinrichtung (12) ein zur Drehung antreibbares Förderorgan (18) umfasst, umfassend die Schritte:

• a) Erzeugen einer die Drehzahl des Förderorgans (18) wiederge­ benden Drehzahlgröße,
• b) Überwachen der Drehzahlgröße,
• c) beruhend auf der Drehzahlgröße oder/und einer damit in Zu­ sammenhang stehenden Ansteuergröße für einen Antrieb (16) des Förderorgans (18), Gewinnen von den Betriebszustand des Systems charakterisierender Information.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuergröße ein Tastverhältnis (T) einer einem elektromotorischen Antrieb (16) des Förderorgans (18) zugeführten elektrischen Größe wiedergibt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Größe die an den elektromotorischen Antrieb (16) ange­ legte Spannung ist.

11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erhalt einer vorgegebenen Drehzahl des Förderorgans das Tast­ verhältnis (T) auf einen veränderbaren Tastverhältniswert eingestellt wird und dass dann, wenn der Tastverhältniswert oder/und eine zeitliche Änderungsrate desselben eine vorbestimmte Schwelle (S_T1, S_T2) erreicht, das Vorliegen eines bestimmten Betriebszustands des Systems (10) erkannt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das System ein Strömungsleitungssystem, vorzugs­ weise Heizluftleitungssystem, umfasst und dass der Betrieb des Strömungsleitungssystems dahingehend charakterisiert wird, ob oder/und in welchem Ausmaß ein Strömungsmediumdurchtritt durch das Strömungsleitungssystem behindert ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das System (10) einen Heizbrenner (10), vorzugs­ weise in einem Kraftfahrzeug, umfasst, dass das Fluid Gas, vorzugsweise Verbrennungsluft, umfasst und dass der Betriebszustand des Heizbrenners (10) dahingehend charakterisiert wird, ob oder/und in welchem Ausmaß eine Verbrennung stattfindet.