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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Pilotflamme
in einem Fahrzeugheizgerät,
das einen Überhitzungstemperatursensor und
einen Wärmeträgertemperatursensor
aufweist, bei dem einem Steuergerät Signale von dem Überhitzungstemperatursensor
und dem Wärmeträgertemperatursensor
zugeführt
werden.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeugheizgerät, das einen Überhitzungstemperatursensor, einen
Wärmeträgertemperatursensor
und ein Steuergerät
aufweist, wobei dem Steuergerät
Signale von dem Überhitzungstemperatursensor
und dem Wärmeträgertemperatursensor
zuführbar
sind.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Steuergerät für ein Fahrzeugheizgerät, das einen Überhitzungstemperatursensor
und einen Wärmeträgertemperatursensor
aufweist, wobei dem Steuergerät
Signale von dem Überhitzungstemperatursensor
und dem Wärmeträgertemperatursensor
zuführbar
sind.
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Moderne
Fahrzeugheizgeräte,
die beispielsweise als Standheizungen und/oder Zusatzheizungen betrieben
werden können,
arbeiten nach unterschiedlichen Prinzipien. Bekannt sind beispielsweise Fahrzeugheizgeräte, die
mit elektrischem Strom betrieben werden. Andere Heizgeräte, so auch
diejenigen, mit den sich die vorliegende Erfindung befasst, werden
mit Brennstoff betrieben. Vorzugsweise wird der Brennstoff verwendet,
der auch dem Betrieb der Verbrennungsmaschine des Kraftfahrzeugs
dient; somit werden üblicherweise
Benzin oder Diesel als Brennstoffe verwendet.
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Als
Wärmeträgermedien
kommen für
Fahrzeugheizgeräte
beispielsweise Wasser oder Luft in Frage.
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In
jedem Fall ist es bei einem brennstoffbetriebenen Fahrzeugheizgerät erwünscht, eine
möglichst
umfassende Kontrollmöglichkeit
zur Verfügung zu
stellen, insbesondere was das Vorliegen einer Brennerflamme betrifft.
Zu diesem Zweck wurde bereits vorgeschlagen, einen Flammwächter vorzusehen,
der in Abhängigkeit
des Vorliegens einer Flamme ein entsprechendes Signal an ein Steuergerät liefert.
Um Fahrzeugheizgeräte
im Hinblick auf diese Flammwächterfunktion
zu rationalisieren, ist es bekannt, den Glühstift des Heizgerätes, das
heißt
dasjenige Element, welches zum Starten des Heizgerätes mittels
elektrischem Strom auf hohe Temperatur gebracht wird, zusätzlich als
Flammwächter
zu verwenden.
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Neben
der allgemeinen Flammerkennung ist es aber auch erwünscht, insbesondere
während
der Startphase des Heizgerätes,
die sogenannte Pilotflamme zu erkennen. Dieses Vorhaben ist mit
Problemen behaftet, da die Pilotflamme nur eine relativ geringe
Heizleistung entwickelt, so dass ihr Nachweis schwierig ist. Außerdem befindet
sich der als Flammwächter
arbeitende Glühstift
bei ausgebildeter Pilotflamme in der Brennstoffverdampfungszone.
Hierdurch wird der Glühstift
aufgrund des verdampfenden Brennstoffes gekühlt, was der Temperaturerhöhung durch
die Pilotflamme entgegenwirkt. Der Nachweis der Pilotflamme mit
dem üblichen
als Flammwächter dienenden
Glühstift
ist daher schwierig oder gar unmöglich.
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Die
DE 38 20 442 C2 offenbart
ein Verfahren zur Flammüberwachung,
bei dem Temperaturänderungsgeschwindigkeiten
mit Vorgabewerten verglichen werden.
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Aus
der
DE 1 526 204 B ist
es bekannt, im Rahmen einer Sicherheitsvorrichtung zwei Temperaturfühlerwerte
zu erfassen und deren Differenzwert zu ermitteln.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Vorliegen einer Pilotflamme
in einem Fahrzeugheizgerät
sicher zu erkennen.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Die
Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Verfahren dadurch auf,
dass auf das Vorliegen einer Pilotflamme geschlossen wird, wenn
die Signale von Überhitzungstemperatursensor
und Wärmeträgertemperatursensor
eine vorgegebene zeitlich gekoppelte Veränderung zeigen. Mit dem Entstehen der
Pilotflamme wird unverzüglich
chemische Energie des Brennstoffs in Wärme umgesetzt. Insbesondere
die entstehenden Rauchgase erwärmen
den Wärmetauscherinnenmantel
und damit auch den vorzugsweise auf dem Wärmetauscherinnenmantel angeordneten Überhitzungssensor.
Weiterhin wird aber auch der Wärmeträger im Fahrzeugheizgerät durch die
Pilotflamme bereits erwärmt.
Dies erfolgt je nach baulicher Auslegung des Heizgeräts mit einer
zeitlichen Korrelation zur Erwärmung
des Bereiches, in dem der Überhitzungssensor
angeordnet ist. Jedenfalls liegt eine vorgegebene zeitliche Korrelation
zwischen der Temperaturentwicklung am Überhitzungssensor und am Wärmeträgertemperatursensor
für den
Fall vor, dass eine Pilotflamme vorhanden ist. Somit kann umgekehrt über den
Nachweis der zeitlichen Kopplung im Hinblick auf die Veränderung
der Signale von Überhitzungstemperatursensor
und Wärmetemperatursensor
auf die Anwesenheit beziehungsweise die Abwesenheit einer Pilotflamme
geschlossen werden. Durch die Abfrage von zwei Sensoren wird vermieden,
dass durch externe Störungen,
zum Beispiels das Schalten eines Magnetventils im Wasserkreislauf,
ein Anstieg der Wassertemperatur auf eine vorliegende Pilotflamme
zurückgeführt wird.
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Nützlicherweise
ist vorgesehen, dass auf das Vorliegen einer Pilotflamme geschlossen
wird, wenn durch den Überhitzungstemperatursensor
eine Temperaturerhöhung
erfasst wird und durch den Wärmeträgertemperatursensor
eine zeitlich verzögerte
Temperaturerhöhung
erfasst wird. Da der Überhitzungstemperatursensor
vorzugsweise auf dem Wärmetauscherinnenmantel
angeordnet ist und der Wärmetauscherinnenmantel seinerseits
den Wärmeträger erwärmt, wird
beim Vorliegen einer Pilotflamme zunächst der Überhitzungstemperatursensor eine
erhöhte
Temperatur anzeigen und später
erst der Wärmeträgertemperatursensor.
Eine entsprechende zeitliche Verzögerung zwischen den beiden Temperatursignalen
ist somit ein nützliches
Indiz für das
Vorliegen einer Pilotflamme.
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Es
ist weiterhin bevorzugt, dass auf das Vorliegen einer Pilotflamme
geschlossen wird, wenn der durch den Überhitzungstemperatursensor
erfasste Temperaturgradient einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
Eine solche Gradientenauswertung ist besonders empfindlich, so dass
auch geringe Temperaturerhöhungen
bereits erfasst werden können.
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Aus
demselben Grunde ist es nützlich,
dass auf das Vorliegen einer Pilotflamme geschlossen wird, wenn
der durch den Wärmeträgertemperatursensor
erfasste Temperaturgradient einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
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Es
kann aber auch alternativ oder zusätzlich ins Auge gefasst werden,
dass auf das Vorliegen einer Pilotflamme geschlossen wird, wenn
die durch den Überhitzungstemperatursensor
erfasste Temperatur einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Auch
die absolute Temperatur kann insofern nützlich in die Auswertung der
Temperatursignale einbezogen werden.
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Aus
demselben Grunde ist es nützlich,
dass auf das Vorliegen einer Pilotflamme geschlossen wird, wenn
die durch den Wärmeträgertemperatursensor
erfasste Temperatur einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät zum Überwachen einer Pilotflamme
in einem Fahrzeugheizgerät,
das einen Überhitzungstemperatursensor
und einen Wärmeträgertemperatursensor aufweist,
wobei dem Steuergerät
Signale von dem Überhitzungstemperatursensor
und dem Wärmeträgertemperatursensor
zuführbar
sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät dazu ausgelegt ist, dass
auf das Vorliegen einer Pilotflamme geschlossen wird, wenn die Signale
von Überhitzungstemperatursensor
und Wärmeträgertemperatursensor
eine vorgegebene zeitlich gekoppelte Veränderung zeigen. Auf diese Weise
werden die Vorteile und Besonderheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens auch
im Rahmen eines Steuergerätes
realisiert. Dies gilt auch für
Weiterbildungen des Steuergerätes
im Sinne der vorteilhaften Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Weiterhin
betrifft die Erfindung ein Fahrzeugheizgerät mit einem solchen Steuergerät.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine entsprechende
Verwendung bereits vorhandener Temperatursensoren, nämlich des
Wärmeträgertemperatursensors
und des Überhitzungstemperatursensors
eine sichere Erkennung der Pilotflamme möglich ist. Es entstehen keine
zusätzlichen Bauteilkosten
im Vergleich zu Heizgeräten
des Standes der Technik; lediglich eine entsprechende Auslegung
eines Steuergerätes,
das für
die Auswertung der Signale vorgesehen ist, ist erforderlich. Als
Steuergerät
können
beispielsweise ein heizungsinternes Steuergerät oder auch ein heizungsexternes
Steuergerät
in Betracht kommen.
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Die
Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand
bevorzugter Ausführungsformen
beispielhaft erläutert.
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Dabei
zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugheizgerätes und
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2 ein
Flussdiagramm zur Erläuterung
eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugheizgerätes. Das
Fahrzeugheizgerät 10 weist
einen Brennerkopf 20 auf, an dem eine Brennstoffzuführung 22 und
eine Brennluftzuführung 24 vorgesehen
sind. Über
den Brennerkopf 20 gelangt ein Gemisch aus Brennluft und
Brennstoff in den Bereich eines Glühstiftes 26. Das Fahrzeugheizgerät 10 weist
weiterhin eine Brennkammer 28 auf, die von einem Wärmetauscher 30 umgeben
ist. Dieser Wärmetauscher 30 kommuniziert
mit einem Zufluss 32 und einem Abfluss 34 für ein Wärmeträgermedium,
das heißt
im einfachsten Fall Wasser. Auf einem Wärmetauscherinnenmantel 36 ist
ein Überhitzungstemperatursensor 12 angeordnet.
Im Wärmetauscher 30 ist
weiterhin ein Wärmeträgertemperatursensor 14 angeordnet.
Der Glühstift 26,
der Überhitzungstemperatursensor 12 und der
im Wärmetauschertemperatursensor 14 sind
mit einem Steuergerät 16 verbunden,
wobei das Steuergerät 16 einerseits
die von Glühstift 26, Überhitzungstemperatursensor 12 und
Wärmeträgertemperatursensor 14 gelieferten
Signale auswertet und andererseits den Glühstift 26 ansteuert
sowie andere das Fahrzeugheizgerät 10 betreffende
Funktionen steuert, kontrolliert und regelt.
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In
der 1 ist das Steuergerät 16 als vom Fahrzeugheizgerät 10 getrenntes
Bauteil dargestellt. Ebenso kann vorgesehen sein, dass das Steuergerät 16 Bestandteil
des Fahrzeugheizgerätes 10 ist.
Erfindungsgemäße Funktionen
können
auch dann von einem externen Steuergerät übernommen werden, wenn das
Fahrzeugheizgerät
mit einem internen Steuergerät
ausgestattet ist.
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Beim
Vorliegen einer Pilotflamme im Fahrzeugheizgerät 10 wird insbesondere
aufgrund der Anordnung der Sensoren 12, 14 im
Heizgerät 10 eine zeitlich
geordnete Temperaturerhöhung
im Bereich dieser Sensoren 12, 14 stattfinden.
Der Überhitzungstemperatursensor 12 ist
auf dem Wärmetauscherinnenmantel 36 angeordnet
und wird somit beim Vorliegen einer Pilotflamme zeitnah eine höhere Temperatur
erfassen. Der Wärmeträgertemperatursensor 14 erfährt eine
Temperaturerhöhung
hingegen aufgrund des erforderlichen Wärmedurchtritts durch das Wärmeträgermedium
erst zeitlich verzögert.
Durch das Festlegen geeigneter Temperaturschwellen für Temperatur
und Temperaturgradient sowie geeigneter zeitlicher Vorgaben, kann
folglich auf das Vorliegen einer Pilotschlamme geschlossen werden.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm zur Erläuterung
eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Es ist nur eine beispielhafte Abfolge von Verfahrensschritten dargestellt.
Die Schritte können
ebenso in anderer Reihenfolge zum erfindungsgemäßen Erfolg führen. Nach
dem Start wird in Schritt S01 die Temperatur TÜ mit
dem Überhitzungstemperatursensor
erfasst. In Schritt S02 wird dann geprüft, ob der Gradient der Temperatur
TÜ größer ist
als ein vorgegebener Schwellenwert. Ist dies nicht der Fall, so
erfolgt eine weitere Erfassung der Temperatur TÜ gemäß Schritt
S01. Übersteigt
der Gradient der Temperatur T0 jedoch die vorgegebene Schwelle,
so wird gemäß S03 der
aktuelle Zeitpunkt t0 erfasst und gespeichert. Nachfolgend
wird in Schritt S04 die Temperatur TW mit
dem Wärmeträgertemperatursensor
erfasst. Dann wird gemäß Schritt
S05 geprüft,
ob der Gradient der Temperatur TW eine vorgegebene
Schwelle übersteigt.
Ist dies nicht der Fall, so kann zur Erfassung der Wärmeträgertemperatur
gemäß Schritt
S04 übergegangen
werden. Allerdings wird vorher noch gemäß Schritt S06 überprüft, ob die
Zeit, die seit dem gemäß Schritt
S03 erfassten Zeitpunkt vergangen ist, eine Maximalzeit t3 übersteigt.
Nur wenn dies nicht der Fall ist wird mit der Erfassung der Wärmeträgertemperatur
fortgefahren. Andernfalls kehrt der Ablauf zu Schritt S01 zurück; alternativ
endet das Verfahren an dieser Stelle. Wird im Schritt S05 festgestellt,
dass der Gradient von TW größer ist
als die vorgegebene Schwelle, so wird überprüft, ob die seit der im Schritt S03
gespeicherten Zeit t0 vergangene Zeit innerhalb eines
vorgegebenen Zeitintervalls, das heißt zwischen t1 und
t2 liegt. Ist dies der Fall, so wird gemäß Schritt
S08 darauf geschlossen, dass eine Pilotflamme vor liegt. Liegt die
Zeit nicht in dem vorgegebenen Intervall, so kehrt der Ablauf zu
Schritt S01 zurück;
alternativ steigt das Verfahren aus der erfindungsgemäßen Pilotflammenüberwachung
an dieser Stelle aus.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den
Ansprüchen
offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch
in beliebiger Kombination für
die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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- 10
- Fahrzeugheizgerät
- 12
- Überhitzungstemperatursensor
- 14
- Wärmeträgertemperatursensor
- 16
- Steuergerät
- 20
- Brennerkopf
- 22
- Brennstoffzuführung
- 24
- Brennluftzuführung
- 26
- Glühstift
- 28
- Brennkammer
- 30
- Wärmetauscher
- 32
- Zufluss
- 34
- Abfluss
- 36
- Wärmetauscherinnenmantel