DE10144402A1

DE10144402A1 - Mobiles Zusatzheizgerät mit luftdichteabhängiger Steuerung

Info

Publication number: DE10144402A1
Application number: DE10144402A
Authority: DE
Inventors: Christian Baecker; Felix Wolf
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH; Webasto Thermosysteme International GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2001-09-10
Filing date: 2001-09-10
Publication date: 2003-03-27
Anticipated expiration: 2021-09-11
Also published as: DE10144402B4

Abstract

Das mobile Zusatzheizgerät (12) ist mit einer Brenneinrichtung (14) versehen, die von einer Brennstoffzuführeinrichtung (16) und einer Brennluftzuführeinrichtung (18) versorgt wird. Es weist ferner eine Steuereinrichtung (24) auf, die geeignet ist, die Brennluftzuführeinrichtung (18) und/oder die Brennstoffzuführeinrichtung (16) in Abhängigkeit eines Signals zu steuern, das von einer Signaleinrichtung zum Ermitteln der Luftdichte der mit der Brennluftzuführeinrichtung (18) zu fördernden oder geförderten Luft übermittelt wird. Um ein im Vergleich zu bekannten Zusatzheizgeräten hinsichtlich Herstellung und/oder Wartung kostengünstigeres Zusatzheizgerät (12) zu schaffen, ist die Signaleinrichtung (40) dazu eingerichtet, die geographische Position des mobilen Zusatzheizgerätes (12), aus dieser die geodätische Höhe des Zusatzheizgerätes (12) und daraus eine auf die geodätische Höhe bezogene Basisluftdichte zu ermitteln.

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein mobiles Zusatzheizgerät, mit einer Brenneinrichtung, die von einer Brennstoffzuführeinrichtung und einer Brennluftzuführeinrichtung versorgt wird, und einer Steuereinrichtung, die geeignet ist, die Brennluftzuführeinrichtung und/oder die Brennstoffzuführeinrichtung in Abhängigkeit eines Signals zu steuern, das von einer Signaleinrichtung zum Ermitteln der Luftdichte der mit der Brennluftzuführeinrichtung zu fördernden oder geförderten Luft übermittelt wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, das mit einem derartigen Zusatzheizgerät ausgestattet ist, sowie ein Verfahren zum Bereitstellen eines Signals über die Luftdichte der mit einer Brennluftzuführeinrichtung eines mobilen Zusatzheizgerätes zu fördernden oder geförderten Luft.

Zusatzheizgeräte dieser Art werden bei Fahrzeugen, wie Personenwagen, Nutzfahrzeugen, Bussen, Eisenbahnwagons oder Schiffen, eingebaut. Sie dienen in der Regel zum Beheizen eines Fahrgastraumes und/oder zum Vorwärmen des Kühlwassers eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs.

Die Luftdichte und dementsprechend der Sauerstoffgehalt der Luft können größenordnungsmäßig um den Faktor zwei schwanken, wenn von einem Temperaturbereich der Luft von -40° Celsius bis +30° Celsius und einer geodätischen Höhe (Höhe über Normalnull) zwischen 0 Meter bis 2.500 Meter ausgegangen wird (siehe Fig. 1, Bereich R). Es sind Zusatzheizgeräte bekannt, bei denen eine veränderte Luftdichte, die sich beispielsweise durch Bewegen des mit dem Zusatzheizgerät versehenen Fahrzeugs ergibt, berücksichtigt wird.

So beschreibt DE 199 06 285 A1, die als Grundlage für den Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dient, ein Zusatzheizgerät für mobile Anwendungen, bei dem eine Brennstoffzuführeinrichtung oder eine Brennluftzuführeinrichtung in Abhängigkeit der Luftdichte der mit der Brennluftzuführeinrichtung zu fördernden oder geförderten Luft gesteuert wird. Die Luftdichte wird gemäß DE 199 06 285 A1 durch Erfassung von Luftdruck und Lufttemperatur ermittelt. Hierzu sind am Zusatzheizgerät eigens anzuordnende und an eine Steuereinrichtung anzuschließende Sensoren erforderlich.

Aus DE 199 29 891 A1 ist es ebenfalls bekannt, die Luftdichte bzw. die Dichte der Atmosphäre in der Umgebung eines Zusatzheizgerätes mittels Sensoren für die Lufttemperatur sowie den Luftdruck zu ermitteln. Ferner beschreibt diese Druckschrift, dass die Luftdichte bei der Steuerung des Zusatzheizgerätes indirekt berücksichtigt werden kann, indem die Sauerstoff- und/oder Kohlendioxyd- Konzentration der Verbrennungsgase des Heizgerätes erfasst und eine Brennstoffpumpe und/oder ein Zuluftgebläse so gesteuert werden, dass die Kohlendioxid-Konzentration in einem vorgegebenen Bereich bleiben. Auch bei dieser Art der Steuerung eines Zusatzheizgerätes müssen Sensoren vorgesehen sein, die zumindest den Sauerstoff- und/oder die Kohlendioxyd-Konzentration der Verbrennungsgase ermitteln können.

Aus DE 44 47 286 A1 ist ein Fahrzeugheizgerät bekannt, bei dem einem Brenner von einem durch einen Elektromotor angetriebenen Brennluftgebläse Luft zugeführt wird. In einem Luftkanal ist ein Luftmassenstromsensor angeordnet, der den vom Brennluftgebläse geförderten Luftmassenstrom misst. Ein Massenstromausgangssignal oder -messwert wird einer Steuerung zugeführt, die in Abhängigkeit des Signals bzw. des Messwertes die Drehzahl des Elektromotors in Echtzeitregelung steuert.

Aus DE 42 17 150 C2 ist ein motorunabhängiges Fahrzeugheizgerät mit einem Brenner bekannt, der mit Brennstoff und Brennluft versorgt wird. In einem brennluftzuführenden Bereich des Heizgerätes ist wenigstens eine Absolutdruck- Messeinrichtung angeordnet, die den Brennluftvolumenstrom absolutdruckabhängig verändert.

Aus DE 197 44 414 A1 ist eine Kraftfahrzeugklimaanlage bekannt, bei der eine Steuereinheit den jeweiligen Betriebszustand in Abhängigkeit von einem vorgebbaren Sollbetriebsgebiet für das Kraftfahrzeug oder von dem Gebiet, in welchem sich das Kraftfahrzeug momentan befindet, selbsttätig einstellt. Die Klimaanlage wird so an eine bestimmte Benutzergruppe oder eine Klimaregion angepasst. So wird etwa in Abhängigkeit von der Position des Kraftfahrzeuges eine raschere und weitergehendere Innenraumabkühlung und ein höherer Kühlluftstrom vorgesehen. Der Steuereinheit ist ein Navigationssystem mit einem Sensor zum Empfang von GPS-Signalen zugeordnet.

Zugrundeliegende Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mobiles Zusatzheizgerät zu schaffen, bei dem ebenfalls die Brennluftzuführeinrichtung und/oder die Brennstoffzuführeinrichtung in Abhängigkeit der Luftdichte der mit der Brennluftzuführeinrichtung zu fördernden oder geförderten Luft steuerbar ist, das aber dennoch im Vergleich zu bekannten Zusatzheizgeräten hinsichtlich Herstellung und/oder Wartung kostengünstiger ist.

Erfindungsgemäße Lösung

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem eingangs genannten mobilen Zusatzheizgerät gelöst, bei dem die Signaleinrichtung dazu eingerichtet ist die geographische Position des mobilen Zusatzheizgerätes, aus dieser die geodätische Höhe des Zusatzheizgerätes und daraus eine auf die geodätische Höhe bezogene Basisluftdichte zu ermitteln. Ferner ist die Aufgabe mit einem Fahrzeug gelöst, bei dem ein derartiges Zusatzheizgerät vorgesehen ist, und schließlich auch mit einem Verfahren der eingangs genannten Art, mit den Schritten: Ermitteln der geographischen Position des mobilen Zusatzheizgerätes, Ermitteln der geodätischen Höhe des Zusatzheizgerätes auf der Grundlage der ermittelten geographischen Position, und Ermitteln einer Basisluftdichte auf der Grundlage der ermittelten geodätischen Höhe.

Erfindungsgemäß wird die Luftdichte der Umgebungsluft des mobilen Zusatzheizgerätes auf der Grundlage der von einer Signaleinrichtung ermittelten gegenwärtigen geodätischen Höhe des Zusatzheizgerätes "errechnet" und nicht wie bei herkömmlichen Zusatzheizgeräten mit Hilfe von Sensoren gemessen. Auf diese Art wird ohne zusätzlich vorzusehende und u. U. wartungsintensive Sensoren zumindest eine Basisluftdichte für die Steuerung der Brennstoffzuführeinrichtung und/oder der Brennluftzuführeinrichtung bereitgestellt.

Darüber hinaus weist das erfindungsgemäße Zusatzheizgerät den Vorteil auf, dass anhand der ermittelten Basisluftdichte auch Messdaten von Sensoren, wie etwa Drucksensoren, Temperatursensoren oder Luftmassenmessern auf Richtigkeit überprüft werden können.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Signaleinrichtung ein Ortungssystem, insbesondere ein GPS (Global Positioning System). Alternativ oder zusätzlich kann die Signaleinrichtung mit einem Navigationssystem gekoppelt sein, oder ein solches integriert haben. Ortungs- oder Navigationssysteme sind bei heutigen Straßenfahrzeugen bereits vielfach standardmäßig eingebaut. Auf diese Systeme kann von einer Steuereinrichtung eines Zusatzheizgerätes beispielsweise über eine ebenfalls vorhandene Busleitung zugegriffen werden. Somit können die erforderlichen Daten über die geographische Position und die geodätische Höhe des Straßenfahrzeugs nahezu ohne Zusatzaufwand ermittelt werden. Dabei kann das Ortungs- oder Navigationssystem der Steuereinrichtung entweder ein Signal über die geodätische Höhe übermitteln oder die Steuereinrichtung ermittelt die Höhe selbst auf der Grundlage einer übermittelten geographischen Position und beispielsweise einer hinterlegten Höhentabelle. Es sein angemerkt, dass die bei heutigen Ortungs- oder Navigationssystemen gewährleistete Genauigkeit der ermittelten Ist-Position eines Fahrzeugs mehr als ausreichend ist, um eine Basisluftdichte zu ermitteln. Für die erfindungsgemäßen Zwecke reicht auch ein weniger genau arbeitendes Ortungssystem aus, welches sehr preisgünstig ist und unter Umständen auch am Zusatzheizgerät selbst vorgesehen sein kann.

Neben der ermittelten Basisluftdichte ist es vorteilhaft noch einen weiteren Parameter über den Zustand der von der Brennluftzuführeinrichtung zu fördernden oder geförderten Luft zu ermitteln, wie etwa die Lufttemperatur oder den Luftdruck. Mit diesem zusätzlichen Parameter kann dann die tatsächliche Luftdichte mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. So kann (wie auch in Fig. 1 dargestellt) die Luftdichte beispielsweise aus einer Tabelle anhand der ermittelten Höhe über Normalnull und der ermittelten Lufttemperatur ausgegeben werden.

Um die erfindungsgemäße Lösung auch für Standheizungen nutzbar zu machen, ist es vorteilhaft, wenn in einem Standheizbetriebsmodus die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Brennstoffzuführeinrichtung bzw. die Brennluftzuführeinrichtung in Abhängigkeit der zuletzt ermittelten auf die geodätische Höhe bezogenen Basisluftdichte zu steuern. Der Ausdruck "zuletzt ermittelt" soll in diesem Zusammenhang bedeuten, dass am Ende eines Fahrbetriebes die ermittelte geodätische Höhe oder die Basisluftdichte der Steuereinrichtung mitgeteilt und in einem Speicher derselben gespeichert bleibt, um dann bei einem späteren Standheizbetrieb auf diese Höhen- oder Dichtenangabe zurückgreifen zu können.

Über die genannten Funktionen hinaus, aber auch alternativ zu diesen, können die ermittelten geographischen und geodätischen Messdaten von der Steuereinrichtung des Zusatzheizgerätes auch dahingehend ausgewertet werden, dass weitere ortsabhängige Eigenschaften der Umgebungsluft, wie etwa die Luftfeuchte oder die "natürliche" Konzentration von Gasen berücksichtigt werden. Beispielsweise ist die Konzentration an CO_X und/oder NO_X in der Luft unterschiedlicher Regionen unterschiedlich hoch. So kann z. B. zwischen einem Betrieb in einem Ballungsraum und in einer ländlichen Gegend unterschieden werden. Im Ballungsraum steuert die Steuereinrichtung das Zusatzheizgerät dann beispielsweise, insbesondere bei hoher Schadstoffkonzentration in der Umgebungsluft, bei verringerter Leistung in einem besonders schadstoffarmen Betriebsmodus.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zusatzheizgerätes anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Diagramm, das die Luftdichte, angegeben in Kilogramm/Kubikmeter [kg/m³], als Funktion der geodätischen Höhe (Höhe ü.N.N.), angegeben in Metern [m], und der Lufttemperatur, angegeben in Grad Celsius [°C], veranschaulicht, und

Fig. 2 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht eines Personenkraftwagens mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungemäßen Zusatzheizgerätes.

Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 veranschaulicht den Zusammenhang zwischen der an einem mobilen Zusatzheizgerät vorherrschenden Luftdichte und der Höhe des Zusatzheizgerätes über Normalnull sowie der Lufttemperatur am Zusatzheizgerät.

Das Diagramm zeigt, dass bei einer Höhendifferenz zwischen 0 m und 2000 m die Luftdichte bei gleicher Lufttemperatur um etwa 0,35 kg/m³ schwankt. Die Luftdichte ist ein Maß für den Sauerstoffgehalt der Luft und damit eine wichtige Einflussgröße auf die Qualität einer Verbrennung an einer Brenneinrichtung des Zusatzheizgerätes. Würde einer Brenneinrichtung eine pro Zeiteinheit konstante Brennluft- und Brennstoffmenge zugeführt, obwohl die Luftdichte aufgrund einer veränderten Höhenlage des Zusatzheizgerätes schwankt, so würde dies zu einem schwankenden Verhältnis von zugeführter Sauerstoffmenge zu Brennstoffmenge und somit zu einer qualitativ unterschiedlichen Verbrennung führen. Dies hätte einen erhöhten Schadstoffausstoß zur Folge, den es zu vermeiden gilt. Bei Zusatzheizgeräten wird daher die zugeführte Menge an Brennluft und Brennstoff in Abhängigkeit der Luftdichte der Brennluft gesteuert.

Fig. 2 zeigt ein Fahrzeug 10 in Gestalt eines Personenkraftwagens, mit einem Zusatzheizgerät 12, das in einem Zuheizbetriebsmodus der einem Standheizbetriebsmodus betrieben werden kann.

Das Zusatzheizgerät 12 weist eine Brenneinrichtung 14 auf, der im Betrieb von einer Brennstoffzuführeinrichtung 16 in Gestalt einer Brennstoffpumpe Brennstoff und von einer Brennluftzuführeinrichtung 18 in Form eines Brennluftgebläses Brennluft zugeführt werden. Das Zuführen von Brennluft und Brennstoff wird über eine mittels Leitungen 20 und 22 an die Brennstoffzuführeinrichtung 16 bzw. die Brennluftzuführeinrichtung 18 angeschlossene Steuereinrichtung 24 in Gestalt eines elektronischen Steuergerätes gesteuert.

Die Steuereinrichtung 24 ist über eine Leitung 26 mit einem im Fahrzeug 10 verlegten Datenbus 28, vorzugsweise einem CAN-Datenbus verbunden. An den Datenbus 28 sind ferner über eine Leitung 30 ein Navigationssystem 32, über eine Leitung 34 ein Außentemperatursensor 36 und über eine Leitung 38 ein Ortungssystem 40, vorzugsweise in Form eines GPS-Empfängers angeschlossen. Das Ortungssystem 40 ist über eine Leitung 42 mit einer Antenne 44 verbunden.

Der Steuereinrichtung 24 soll auf einfache Weise eine Information über die in der Umgebung des Fahrzeugs 10 vorherrschende Luftdichte übermittelt werden. Dies wird erreicht, indem an der Steuereinrichtung 24 eine nicht näher dargestellte Schaltung dazu eingerichtet ist, dass sie über den Datenbus 28 vom Ortungssystem 40 die gegenwärtige geodätische Höhe des Fahrzeugs 10 bzw. des Zusatzheizgerätes 12 mitgeteilt bekommt. Die Schaltung der Steuereinrichtung 24 ermittelt ferner anhand der vom Ortungssystem 40 erfassten geodätischen Höhe eine Basisluftdichte. Diese Basisluftdichte entspricht beim dargestellten Beispiel der auf die geodätische Höhe bezogenen Luftdichte bei einer Lufttemperatur von 0°C. Die Ermittlung erfolgt mit Hilfe einer Dichtetabelle, die in einem nicht dargestellten Speicher der Steuereinrichtung 24 hinterlegt ist.

Somit arbeiten die an der Steuereinrichtung 24 vorgesehene Schaltung und der Speicher als Signaleinrichtung, die in Zusammenarbeit mit dem Ortungssystem 40 ohne erheblichen Mehraufwand eine zumindest grundlegende Information über die am Zusatzheizgerät 12 momentan vorherrschende Luftdichte liefert.

Das Ortungssystem 40 ermittelt die geodätische Höhe auf der Grundlage einer geographischen Position des Fahrzeugs 10, wobei die Antenne 44 mit einem nicht näher dargestellten Satellitensystem zusammenwirkt.

Die ermittelten Daten über die geographische Position und die geodätische Höhe werden auch dem Navigationssystem 32 übermittelt, welches diese einem Benutzer des Fahrzeugs 10 zur Anzeige bringen kann.

Die Steuereinrichtung 24 ist ferner dazu eingerichtet, dass sie vom Außentemperatursensor 36 Information über die gegenwärtig am Fahrzeug 10 vorherrschende Außenlufttemperatur erhält. Die Steuereinrichtung 24 errechnet aus diesem Temperaturwert und der übermittelten geodätischen Höhe bzw. dem Basisdichtewert die am Fahrzeug 10 in der Außenluft tatsächlich vorherrschende Luftdichte. Diese errechnete Luftdichte wird nachfolgend durch die Steuereinrichtung 24 bei der Steuerung der Brennstoffzuführeinrichtung 16 und der Brennluftzuführeinrichtung 18 berücksichtigt und so eine konstant schadstoffarme Verbrennung gewährleistet. Bezugszeichenliste 10 Fahrzeug
12 Zusatzheizgerät
14 Brenneinrichtung
16 Brennstoffzuführeinrichtung
18 Brennluftzuführeinrichtung
20 Leitung
22 Leitung
24 Steuereinrichtung
26 Leitung
28 Datenbus
30 Leitung
32 Navigationssystem
34 Leitung
36 Außentemperatursensor
38 Leitung
40 Ortungssystem
42 Leitung
44 Antenne

Claims

1. Mobiles Zusatzheizgerät (12), mit einer Brenneinrichtung (14), die von einer Brennstoffzuführeinrichtung (16) und einer Brennluftzuführeinrichtung (18) versorgt wird, und einer Steuereinrichtung (24), die geeignet ist die Brennluftzuführeinrichtung (18) und/oder die Brennstoffzuführeinrichtung (16) in Abhängigkeit eines Signals zu steuern, das von einer Signaleinrichtung (40) zum Ermitteln der Luftdichte der mit der Brennluftzuführeinrichtung (18) zu fördernden oder geförderten Luft übermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Signaleinrichtung (40) dazu eingerichtet ist, die geographische Position des mobilen Zusatzheizgerätes (12), aus dieser die geodätische Höhe des Zusatzheizgerätes (12) und daraus eine auf die geodätische Höhe bezogene Basisluftdichte zu ermitteln.

2. Zusatzheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signaleinrichtung ein Ortungssystem (40), insbesondere ein GPS, umfasst.

3. Zusatzheizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signaleinrichtung ein Navigationssystem (32) umfasst.

4. Zusatzheizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Signaleinrichtung ferner dazu eingerichtet ist die Lufttemperatur (36) oder den Luftdruck der zu fördernden oder geförderten Luft zu ermitteln.

5. Zusatzheizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Standheizbetriebsmodus ermöglicht und die Steuereinrichtung (24) dazu eingerichtet ist, während des Standheizbetriebsmodus die Brennstoffzuführeinrichtung (16) bzw. die Brennluftzuführeinrichtung (18) in Abhängigkeit der zuletzt ermittelten auf die geodätische Höhe bezogenen Basisluftdichte zu steuern.

6. Fahrzeug (10) mit einem Zusatzheizgerät (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.

7. Fahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ortungssystem- (40) und/oder ein Navigationssystem (32) vorgesehen ist, das unter anderem, insbesondere über einen Datenbus (28), mit der Steuereinrichtung (24) des Zusatzheizgerätes (12) als Signaleinrichtung kommuniziert.

8. Verfahren zum Bereitstellen eines Signals über die Luftdichte der mit einer Brennluftzuführeinrichtung (18) eines mobilen Zusatzheizgerätes (12) zu fördernden oder geförderten Luft, gekennzeichnet durch die Schritte:

- Ermitteln der geographischen Position des mobilen Zusatzheizgerätes (12),

- Ermitteln der geodätischen Höhe des Zusatzheizgerätes (12) auf der Grundlage der ermittelten geographischen Position, und

- Ermitteln einer Basisluftdichte auf der Grundlage der ermittelten geodätischen Höhe.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die geographische Position von einem Ortungssystem (40), insbesondere einem GPS, oder einem Navigationssystem (32) ermittelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch die Schritte:

- Ermitteln der Lufttemperatur oder des Luftdrucks der zu fördernden oder geförderten Luft, und

- Ermitteln der Luftdichte der zu fördernden oder geförderten Luft auf der Grundlage der ermittelten Basisluftdichte und der ermittelten Lufttemperatur bzw. des ermittelten Luftdrucks.