DE102011077437A1

DE102011077437A1 - Fahrzeugheizgerät und Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugheizgerätes

Info

Publication number: DE102011077437A1
Application number: DE102011077437A
Authority: DE
Inventors: Uwe Strecker; Luis Esteban
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2012-12-13
Also published as: WO2012168068A3; WO2012168068A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeugheizgerät (10) umfassend einen Oxidationsraum (12), eine Zuführeinrichtung (14, 16, 18) für einen einem in dem Oxidationsraum (12) zur Wärmeerzeugung stattfindenden Oxidationsprozess zuzuführenden Stoff, eine optische Sensoreinrichtung (20) und ein mit der optischen Sensoreinrichtung (20) gekoppeltes Steuergerät (22), wobei das Steuergerät (22) dazu eingerichtet ist, den Oxidationsprozess in Abhängigkeit eines von der optischen Sensoreinrichtung (20) erzeugten Signals während des Betriebs der Zuführeinrichtung (14, 16, 18) durch Ändern eines Betriebsparameters der Zuführeinrichtung (14, 16, 18) zu beeinflussen. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugheizgerätes.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeugheizgerät.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugheizgerätes. Fahrzeugheizgeräte, die Wärme aus der Oxidation eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffes erzeugen, müssen über eine aufwendige Sensorik verfügen, um eine geregelte schadstoffarme Umsetzung des Brennstoffs zu gewährleisten. Beispielsweise können Sensoren zur Erfassung der Temperatur und der Abgaszusammensetzung notwendig sein.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeugheizgerät und ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugheizgerätes bereitzustellen, bei denen die für die geregelte Umsetzung notwendige Sensorik vereinfacht werden kann.
Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es wird ein Fahrzeugheizgerät angegeben, umfassend einen Oxidationsraum, eine Zuführeinrichtung für einen einem in dem Oxidationsraum zur Wärmeerzeugung stattfindenden Oxidationsprozess zuzuführenden Stoff, eine optische Sensoreinrichtung und ein mit der optischen Sensoreinrichtung gekoppeltes Steuergerät, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, den Oxidationsprozess in Abhängigkeit eines von der optischen Sensoreinrichtung erzeugten Signals während des Betriebs der Zuführeinrichtung durch Ändern eines Betriebsparameters der Zuführeinrichtung zu beeinflussen. Die Formulierung "während des Betriebs" bedeutet während einer fortlaufenden Zufuhr des Stoffes, so dass der Betriebsparameter insbesondere so geändert wird, dass die Zuführeinrichtung nicht außer Betrieb genommen und die Zufuhr des Stoffes nicht gestoppt wird. Unter dem Beeinflussen wird beispielsweise das Steuern oder Regeln der Zuführeinrichtung verstanden. Bei der Beeinflussung der Zuführeinrichtung kann das Steuergerät beispielsweise eine Abweichung eines von dem optischen Flammwächter erzeugten Signals von einem in dem Steuergerät gespeicherten Referenzsignal ermitteln und die Zuführeinrichtung basierend auf der ermittelten Abweichung beeinflussen, um die ermittelte Abweichung zu minimieren. Alternativ oder zusätzlich kann das Steuergerät bei der Beeinflussung der Zuführeinrichtung auch eine zeitliche Ableitung und/oder eine räumliche Ableitung des Signals auswerten. Zeitliche und/oder räumliche Maxima oder Minima des Signals können ebenfalls die Grundlage zur Beeinflussung der Zuführeinrichtung darstellen und von dem Steuergerät aus dem Signal abgeleitet werden. Zuzuführender Stoff kann beispielsweise Brennstoff, Oxidationsmittel und zurückgeführtes Abgas sein. Unter Brennstoff werden flüssige oder gasförmige Stoffe verstanden, die zusammen mit einem Oxidationsmittel unter Wärmeabgabe oxidiert werden können. Brennstoffe können beispielsweise Erdgas, Benzin oder Diesel sein. Oxidationsmittel kann beispielsweise der in der Luft enthaltene Sauerstoff sein. Unter dem Signal der optischen Sensoreinrichtung wird die von der optischen Sensoreinrichtung zu dem Steuergerät übertragene Information verstanden. Diese Information kann komplexe Daten, beispielsweise optische Bilddaten umfassen, wobei die Bilddaten Daten von einer Vielzahl von unterschiedlichen Bildpunkten umfassen können. Die einzelnen Bildpunkte können insbesondere Informationen über die Helligkeit und die Farbe umfassen. Die optische Sensoreinrichtung kann optische Signale aus dem Oxidationsraum erfassen, das heißt insbesondere eine eventuell in dem Oxidationsraum vorhandene Flamme und/oder Objekte sowie den Oxidationsraum begrenzende Wände. Räumlich bezieht sich dabei auf voneinander getrennte Bildpunkte und unter einem räumlichen Abstand kann ein Abstand zwischen einzelnen getrennten Bildpunkten der Bilddaten verstanden werden. Unter dem Referenzsignal werden beispielsweise in dem Steuergerät gespeicherte Informationen verstanden, die ebenfalls optische Bilddaten mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Bildpunkten umfassen können. Unter der Bestimmung einer Abweichung kann eine Differenzbildung zwischen den erfassten optischen Bilddaten des erzeugten Signals und optischen Bilddaten des Referenzsignals verstanden werden, die beispielsweise punktweise erfolgen kann. Beispielsweise können die erfassten optischen Bilddaten einen einzigen Bildpunkt umfassen, dessen Farbe und Helligkeit mit dem einzigen optischen Bildpunkt aus den optischen Bilddaten des Referenzsignals durch Differenzbildung verglichen werden kann. Unter einer Zuführeinrichtung wird eine Vorrichtung zur kontrollierten Zufuhr eines Stoffes verstanden, beispielsweise Brennstoff, Oxidationsmittel oder zurückgeführtes Abgas. Beispielsweise kann die Zuführeinrichtung ein Gebläse, eine Düse oder eine Pumpe sein. Unter einer Beeinflussung der Zuführeinrichtung kann beispielsweise eine Veränderung der von der Zuführeinrichtung pro Zeiteinheit geförderten Brennstoff-, Oxidationsmittel- oder Abgasmenge verstanden werden. Der Oxidationsprozess kann beispielsweise ein Verbrennungsprozess mit einer Flamme sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Oxidationsprozess auch die Wärmeerzeugung mittels flammloser katalytischer Oxidation eines Brennstoffs mit einem Oxidationsmittel umfassen. Das beschriebene Fahrzeugheizgerät erlaubt eine Regelung des Oxidationsprozesses des Brennstoffs. Durch die Beeinflussung der Zuführeinrichtung kann der in dem Fahrzeugheizgerät stattfindende Oxidationsprozess, beispielsweise die Verbrennung, kontrolliert werden. Beispielsweise können Abweichungen zwischen dem aktuell im Fahrzeugheizgerät stattfindenden Oxidationsprozess, der durch das von der optischen Sensoreinrichtung erzeugte Signal charakterisiert ist, und einem erwünschten Oxidationsprozess, der beispielsweise durch das in dem Steuergerät gespeicherte Referenzsignal charakterisiert sein kann, nach dem Prinzip einer Soll-Ist-Regelung verringert werden. Die Beeinflussung des Oxidationsprozesses, beispielsweise seine dynamische Regelung, kann bei dem beschriebenen Fahrzeugheizgerät in vorteilhafter Weise über eine einzige optische Sensoreinrichtung realisiert werden. Zusätzliche Komponenten, insbesondere weitere Sensoren, sind nicht notwendig. Dies erlaubt eine kostengünstige Realisierung eines kontrollierten Oxidationsprozesses in dem beschriebenen Fahrzeugheizgerät, durch den beispielsweise der Schadstoffausstoß reduzierbar ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeugheizgerät mehrere Zuführeinrichtungen umfasst, und dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, mindestens eine der mehreren Zuführeinrichtungen in Abhängigkeit des von der optischen Sensoreinrichtung erzeugten Signals während des Betriebs der mindestens einen der mehreren Zuführeinrichtungen durch Ändern eines Betriebsparameters der mindestens einen der mehreren Zuführeinrichtungen zu beeinflussen.
Nützlicherweise kann vorgesehen sein, dass die optische Sensoreinrichtung einen optischen Sensor umfasst, der den Oxidationsraum und/oder eine in dem Oxidationsraum lokalisierte Flamme im Wesentlichen vollständig optisch erfasst. Das im Wesentlichen vollständige optische Erfassen des Oxidationsraums und/oder der in dem Oxidationsraum eventuell lokalisierten Flamme kann eine genaue Zustandsbestimmung des in dem Oxidationsraum ablaufenden Oxidationsprozesses ermöglichen. Sie kann eine Voraussetzung für eine gezielte Beeinflussung sein, beispielsweise eine Regelung des ablaufenden Oxidationsprozesses. Eine im Wesentlichen vollständige Erfassung bedeutet, dass optische Signale von nahezu jedem Punkt in dem Oxidationsraum durch den optischen Sensor der optischen Sensoreinrichtung detektiert werden können. Eine optische Erfassung des Oxidationsraumes umfasst auch die optische Erfassung eines in dem Oxidationsraum angeordneten Körpers, beispielsweise eines Katalysators. Sowohl der Oxidationsraum als auch ein in dem Oxidationsraum angeordneter Körper können durch ihre Erwärmung als eine Strahlungsquelle wirken, beispielsweise durch Glühen unter Abgabe optisch erfassbaren Lichts.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der optische Sensor einen CCD-Sensor und/oder einen CMOS-Sensor umfasst. Sowohl CCD- als auch CMOS-Sensoren sind Standardbauteile zur Detektion optischer Signale, die jeweils mit einer unterschiedlich hohen Anzahl von Sensorflächen zur Erfassung voneinander getrennter Bildpunkte ausgestattet sein können. Die Verwendung solcher standardisierter Bausteine als optischer Sensor kann die Herstellungskosten des beschriebenen Fahrzeugheizgerätes senken.
Es kann vorgesehen sein, dass die optische Sensoreinrichtung eine Glasfiberoptik umfasst, die optische Signale aus dem Oxidationsraum aufnimmt und weiterleitet. Die Glasfiberoptik kann beispielsweise flexible lichtleitende Fasern umfassen, beispielsweise Glasfasern. Durch die Verwendung der Glasfiberoptik kann die Position des optischen Sensors verändert werden, ohne den von dem Sensor optisch erfassten Bereich zu verändern, da die Glasfiberoptik die vorhandenen optischen Signale aufnimmt und zu dem optischen Sensor weiterleitet. Auf diese Weise kann beispielsweise der optische Sensor in einem Bereich mit einer niedrigen Temperatur angeordnet werden, um das thermische Rauschen des optischen Sensors zu senken. Eine zu hohe thermische Belastung kann sogar zu einem Ausfall des optischen Sensors führen und ist daher unbedingt zu vermeiden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass eine den Oxidationsraum einhüllende innere Mantelfläche zumindest eine Öffnung aufweist, wobei die optische Sensoreinrichtung radial beabstandet von der zumindest einen Öffnung außerhalb des Oxidationsraums angeordnet ist. Dies erlaubt eine Anordnung der optischen Sensoreinrichtung außerhalb des Oxidationsraumes. Eine direkte optische Erfassung des Oxidationsraumes kann durch die gleichzeitig zur Zuführung von zuzuführendem Stoff, beispielsweise Oxidationsmittel und/oder Abgas, nutzbare Öffnung erfolgen. Der durch die Öffnung in den Oxidationsraum einströmende zuzuführende Stoff schirmt die optische Sensoreinrichtung gegen in dem Oxidationsraum herrschende hohe Temperaturen ab und erzeugt zugleich eine die optische Sensoreinrichtung kühlende Wirkung. Dies kann das thermische Rauschen des verwendeten optischen Sensors reduzieren, das mit steigender Temperatur zunimmt.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die optische Sensoreinrichtung an einer Stirnseite des Oxidationsraumes angeordnet ist. Als Stirnseite wird insbesondere eine Eingangsseite des Oxidationsraumes bezeichnet, die im Wesentlichen geschlossen oder begrenzt sein kann. Auch auf diese Weise kann die Temperatur begrenzt werden, der die optische Sensoreinrichtung während des Betriebs des Fahrzeugheizgerätes ausgesetzt ist. Alle dem Oxidationsraum zugeführten Stoffe strömen nicht zu der Stirnseite des Oxidationsraumes hin sondern strömen von der Stirnseite des Oxidationsraumes weg, so dass ein kühlender konvektiver Wärmetransport von der optischen Sensoreinrichtung weg erfolgt.
Nützlicherweise kann vorgesehen sein, dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, den Betrieb der Zuführeinrichtung zu beenden, wenn das von der optischen Sensoreinrichtung erzeugte Signal eine Unterbrechung des Oxidationsprozesses in dem Oxidationsraum anzeigt. Die optische Sensoreinrichtung kann auf diese Weise zugleich als Oxidationssensor verwendet werden, mit dessen Hilfe ermittelt werden kann, ob der Oxidationsprozess zu Wärmeerzeugung läuft oder ob er beispielsweise unterbrochen wurde.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, eine Zündeinrichtung zu betätigen, wenn das von der optischen Sensoreinrichtung erzeugte Signal eine Unterbrechung des Oxidationsprozesses in dem Oxidationsraum oder einen instabilen Oxidationsprozess in dem Oxidationsraum anzeigt. Das Betätigen der Zündeinrichtung kann helfen, einen instabilen Oxidationsprozess zu stabilisieren oder eine vollständige Unterbrechung des Oxidationsprozesses zu verhindern. Beispielsweise kann ein vollständiges Verlöschen der Flamme verhindert werden oder eine unbeabsichtigt erloschene Flamme neu entzündet werden. Auf diese Weise kann bei dem beschriebenen Fahrzeugheizgerät ein umständlicher Neustart des Oxidationsprozesses, beispielsweise des Verbrennungsprozesses, verhindert werden, so dass die Wärmeproduktion des beschriebenen Fahrzeugheizgerätes auch während eines zeitweilig instabilen Oxidationsprozesses sicher aufrechterhalten werden kann. Ein instabiler Oxidationsprozess kann beispielsweise durch ein zeitlich periodisch schnell fluktuierendes Signal der optischen Sensoreinrichtung charakterisiert sein. Das Signal kann dann beispielsweise zeitlich periodisch starke Gradienten aufweisen. Große räumliche Gradienten zwischen beabstandeten Bildpunkten sind ebenso zur Charakterisierung eines instabilen Oxidationsprozesses möglich.
In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, die Zuführung des Stoffes über die Zuführeinrichtung auf einen vorgebbaren Startwert einzustellen, wenn das von der optischen Sensoreinrichtung erzeugte Signal eine Unterbrechung des Oxidationsprozesses in dem Oxidationsraum oder einen instabilen Oxidationsprozess in dem Oxidationsraum anzeigt. Somit kann das beschriebene Fahrzeugheizgerät in vorteilhafter Weise selbsttätig den ablaufenden Oxidationsprozess, beispielsweise einen Verbrennungsprozess oder eine flammlose katalytische Umsetzung von Brennstoff und Oxidationsmittel, aufrecht erhalten und/oder stabilisieren. Beispielsweise kann eine instabile Flamme stabilisiert werden. Eine bereits erloschene Flamme kann sofort neu entzündet werden und mit dem vorgegebbaren Startwert ohne einen Austritt von nicht verbranntem Brennstoff realisiert werden. Sinngemäß ist dies auch bei einer flammlosen katalytischen Oxidation möglich. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Wärmeerzeugung und einen geringen Schadstoffausstoß durch das Fahrzeugheizgerät. Der vorgebbare Startwert kann beispielsweise im Vorfeld experimentell ermittelt und in einem Speicher des Steuergerätes abgespeichert sein. Der Startwert kann einen temperaturabhängigen stabilen Betriebspunkt des Fahrzeugheizgerätes bezeichnen, wobei beispielsweise die Temperatur in dem Oxidationsraum und/oder die Temperatur des zugeführten Stoffes berücksichtigt werden kann, beispielsweise des Oxidationsmittels, des Brennstoffes und/oder des zurückgeführten Abgases.
Nützlicherweise kann vorgesehen sein, dass der dem Oxidationsraum zuzuführende Stoff Brennstoff umfasst, und dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, die Zuführung von Brennstoff in den Oxidationsraum zu verringern, wenn das von der optischen Sensoreinrichtung erzeugte Signal eine gelbliche Färbung einer Flamme anzeigt oder eine zu hohe Temperatur in dem Oxidationsraum anzeigt. Eine gelbliche Färbung entspricht einem optischen Signal mit einem Intensitätsmaximum im Bereich von 575 bis 585 nm Wellenlänge. Eine gelbliche Färbung einer Flamme zeigt einen hohen Anteil an Rußpartikeln in der Flamme an, die durch thermische Anregung gelb leuchten. Der Oxidationsprozess des zugeführten Brennstoffs erfolgt nur unvollständig. Eine Reduzierung der zugeführten Brennstoffmenge kann den Anteil der unverbrannten Rußpartikel in der Flamme reduzieren, da das Verhältnis aus Brennstoff und Oxidationsmittel zugunsten des Oxidationsmittels verschoben wird. Der Oxidationsprozess kann dann vollständiger ablaufen. Durch das Reduzieren der zugeführten Brennstoffmenge kann die in dem Oxidationsraum freigesetzte Wärme pro Zeiteinheit, das heißt die Wärmeleistung des Fahrzeugheizgerätes, reduziert werden, so dass die Temperatur in dem Oxidationsraum reduziert werden kann. Das Signal kann auch die Temperatur des Oxidationsraumes anzeigen, beispielsweise bei einer flammlosen katalytischen Oxidation. Die in dem Oxidationsraum angeordneten Körper und die den Oxidationsraum begrenzenden Oberflächen können beispielsweise Strahlung abgeben, die sich im Wesentlichen nach dem Prinzip der Strahlung eines schwarzen Strahlers bestimmt. Aus der durch die optische Sensoreinrichtung empfangenen Strahlung, das heißt dem empfangenen Strahlungsspektrum, können daher beispielsweise Temperaturen in dem Oxidationsraum ermittelt werden. Beispielsweise kann ein Rotglühen einer ersten Temperatur T₁ zugeordnet sein, während ein Orangeglühen einer zweiten Temperatur T₂ zugeordnet sein kann und ein Gelbglühen einer dritten Temperatur T₃ zugeordnet sein kann, wobei T₁ < T₂ < T₃ gilt.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der dem Oxidationsraum zuzuführende Stoff Oxidationsmittel umfasst, und dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, die Zuführung von Oxidationsmittel in den Oxidationsraum zu erhöhen, wenn das von der optischen Sensoreinrichtung erzeugte Signal eine gelbliche Färbung einer Flamme anzeigt. Zusätzliches Oxidationsmittel kann zur Umsetzung von in der Flamme vorhandenen Rußpartikeln zugeführt werden, um den in dem Oxidationsraum ablaufenden Oxidationsprozess des Brennstoffs zu verbessern. Durch das Verbessern des Oxidationsprozesses in dem Fahrzeugheizgerät kann bei konstanter zugeführter Brennstoffmenge die in dem Fahrzeugheizgerät pro Zeiteinheit freigesetzte Wärmemenge leicht erhöht und zugleich ein Schadstoffausstoß des Fahrzeugheizgerätes in Form von Ruß reduziert werden.
Es ist weiterhin möglich, dass der dem Oxidationsraum zuzuführende Stoff zurückgeführtes Abgas umfasst, und dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, die Zurückführung von Abgas in den Oxidationsraum zu reduzieren, wenn das von der optischen Sensoreinrichtung erzeugte Signal eine gelbliche Färbung einer Flamme oder eine zu geringe Temperatur in dem Oxidationsraum anzeigt. Zurückgeführtes Abgas stellt ein für den Oxidationsprozess von Brennstoff in dem Oxidationsraum inertes Gas dar, welches die Reaktionstemperatur senken und gleichzeitig die Bildung von Rußpartikeln begünstigen kann. Das Reduzieren der zurückgeführten Abgasmenge durch eine entsprechende Beeinflussung der Zuführeinrichtung kann daher die Temperatur in dem Oxidationsraum erhöhen und/oder einer gelblichen Färbung der Flamme entgegenwirken.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugheizgerätes umfassend einen Oxidationsraum, eine Zuführeinrichtung für einen einem in dem Oxidationsraum stattfindenden Oxidationsprozess zuzuführenden Stoff, eine optische Sensoreinrichtung und ein mit der optischen Sensoreinrichtung gekoppeltes Steuergerät, wobei durch das Steuergerät der Oxidationsprozess in Abhängigkeit eines von der optischen Sensoreinrichtung erzeugten Signals während des Betriebs der Zuführeinrichtung durch Ändern eines Betriebsparameters der Zuführeinrichtung beeinflusst wird.
Insbesondere kann das Verfahren jegliche Fahrzeugheizgeräte, wie vorliegend beschrieben, verwenden.
Auf diese Weise werden die Vorteile und Besonderheiten des beschriebnen Fahrzeugheizgerätes auch im Rahmen des beschriebenen Verfahrens umgesetzt.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand einer Ausführungsform beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
1 ein vereinfachtes Schnittbild eines Fahrzeugheizgerätes;
2 ein vereinfachtes Schnittbild eines weiteren Fahrzeugheizgerätes; und
3 ein Flussdiagramm eines Regelkreises zur Beeinflussung eines Oxidationsprozesses in einem Fahrzeugheizgerät.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
1 zeigt ein vereinfachtes Schnittbild eines Fahrzeugheizgerätes. Das dargestellte Fahrzeugheizgerät 10 umfasst einen zylindrischen Oxidationsraum 12 mit einer inneren Mantelfläche 26. Der Oxidationsraum 12 kann sich in einer axialen Richtung 60 erstrecken und beispielsweise als eine Brennkammer ausgeführt sein. Weiterhin sind eine erste Zuführeinrichtung 14, eine zweite Zuführeinrichtung 16 und eine dritte Zuführeinrichtung 18 vorgesehen, mit deren Hilfe Brennstoff, Oxidationsmittel und Verbrennungsabgase dem Oxidationsraum 12 zugeführt werden können. Die erste Zuführeinrichtung 14 kann zu diesem Zweck mit einer Brennstoffleitung 38 gekoppelt sein. Die erste Zuführeinrichtung 14 kann Brennstoff aus der Brennstoffleitung 38 über eine in den Oxidationsraum 12 hineinragende Zerstäuberdüse 36 in den Oxidationsraum 12 fördern. Die erste Zuführeinrichtung 14 kann beispielsweise eine Dosiereinrichtung in Form einer Dosierpumpe für flüssigen Brennstoff sein. Anstelle der Zerstäuberdüse 36 kann an einer Stirnseite 64 des Oxidationsraumes 12 auch eine dem Fachmann bekannte Vorrichtung zur Verdampfung von Brennstoff angeordnet sein, zum Beispiel ein Verdampfervlies. Anstelle der Zerstäuberdüse 36 für flüssige Brennstoffe kann auch eine Gasdüse für gasförmige Brennstoffe vorgesehen sein, wobei in diesem Fall die erste Zuführeinrichtung 14 beispielsweise als Drosselventil für gasförmigen Brennstoff ausgeführt sein kann oder zwischen der ersten Zuführeinrichtung 14 und der Gasdüse ein Verdampfer für flüssigen Brennstoff angeordnet sein kann. Die zweite Zuführeinrichtung 16 kann mit einer Oxidationsmittelleitung 40 gekoppelt sein und kann Oxidationsmittel aus der Oxidationsmittelleitung über einen Zwischenraum 44 in den Oxidationsraum 12 fördern. Der Zwischenraum 44 umgibt die innere Mantelfläche 26 und ist in einer radialen Richtung 62 nach außen durch eine äußere Mantelfläche 58 begrenzt. Der Querschnitt des Zwischenraums 44 kann daher kreisringförmig sein. Die innere Mantelfläche 26 weist eine Öffnung 28 und weitere Öffnungen 48 auf, über die unter anderem das Oxidationsmittel aus dem Zwischenraum 44 in den Oxidationsraum 12 eintreten kann. In dem Oxidationsraum 12 kann eine zumindest teilweise Durchmischung von zugeführtem Brennstoff und zugeführtem Oxidationsmittel erfolgen, so dass ein brennbares Gemisch umfassend Brennstoff und Oxidationsmittel entstehen kann. Eine Zündeinrichtung 30, die beispielsweise als ein einfacher Glühstift ausgeführt sein kann, kann beispielsweise ausgehend von der Stirnseite 64 des Oxidationsraumes 12 in den Oxidationsraum 12 hineinragen. Die Zündeinrichtung 30 kann zur Zündung des brennbaren Gemischs umfassend Brennstoff und Oxidationsmittel verwendbar sein. Die Zündeinrichtung 30 kann in üblicher Weise von einem Steuergerät 22 ansteuerbar sein. Durch die Entzündung des Gemischs umfassend Brennstoff und Oxidationsmittel kann sich eine Flamme 32, die eine Flammenfront 34 aufweisen kann, in dem Oxidationsraum 12 ausbilden. Ein flammenloser Oxidationsprozess ist ebenfalls möglich. An einer der Zerstäuberdüse 36 gegenüberliegenden Seite des Oxidationsraumes 12 können die bei dem Oxidationsprozess, beispielsweise der Verbrennung, entstandenen Abgase aus dem Oxidationsraum 12 austreten. Ein Teil der Abgase kann über eine Abgasrückführleitung 42 und die dritte Zuführeinrichtung 18 in den Zwischenraum 44 gefördert werden, um von dort durch die Öffnung 28 und die weiteren Öffnungen 48 erneut in den Oxidationsraum 12 einzutreten. Die zweite Zuführeinrichtung 16 und die dritte Zuführeinrichtung 18 können beispielsweise als einfache Gebläse ausgeführt sein. Als Oxidationsmittel kann beispielsweise Luft verwendet werden, wobei der in der Luft enthaltene Sauerstoff mit dem Brennstoff umgesetzt wird. In dem Zwischenraum 44 kann dementsprechend ein Gemisch aus Oxidationsmittel und Abgasen vorhanden sein. Neben den in der 1 in der inneren Mantelfläche 26 explizit dargestellten Öffnungen 28, 48 können weitere nicht explizit dargestellte Öffnungen in der inneren Mantelfläche 26 vorhanden sein. Der Übertritt des Gemischs umfassend Oxidationsmittel und Abgas aus dem Zwischenraum 44 in den Oxidationsraum 12 kann durch eine Veränderung der Anordnung und der Größe der vorhandenen dargestellten Öffnungen 28, 48 und der weiteren nicht dargestellten Öffnungen beeinflusst und optimiert werden. Beispielsweise kann die Durchmischung mit Brennstoff und/oder die Form und Position der eventuell vorhandenen Flammenfront 34 je nach Bedarf durch Anpassung der Öffnungen im Vorfeld vorbestimmt werden. Die erste Zuführeinrichtung 14, die zweite Zuführeinrichtung 16 und die dritte Zuführeinrichtung 18 können über elektrische Leitungen 46 von dem Steuergerät 22 beeinflusst werden. Die Beeinflussung der ersten Zuführeinrichtung 14 und/oder der zweiten Zuführeinrichtung 16 und/oder der dritten Zuführeinrichtung 18 kann beispielsweise eine oder mehrere Förderraten verändern, das heißt eine von einer der Zuführeinrichtungen 14, 16, 18 pro Zeiteinheit geförderte Brennstoff-, Oxidationsmittel- oder Abgasmenge. Eine optische Sensoreinrichtung 20 kann in der radialen Richtung 62 beabstandet zu der inneren Mantelfläche 26 an der den Zwischenraum 44 begrenzenden äußeren Mantelfläche 58 angeordnet sein. Die optische Sensoreinrichtung 20 kann alternativ auch an der Stirnseite 64 des Oxidationsraumes 12 angeordnet sein. Die optische Sensoreinrichtung 20 kann über eine elektrische Leitung 46' mit dem Steuergerät 22 gekoppelt sein, so dass von der optischen Sensoreinrichtung 20 ermittelte Informationen an das Steuergerät 22 übertragen werden können. Die von der optischen Sensoreinrichtung 20 ermittelten Informationen können beispielsweise optische Bilddaten umfassen, die mithilfe eines der optischen Sensoreinrichtung 20 zugeordneten optischen Sensors 24 erfasst werden können. Die Bilddaten können einen einzigen Bildpunkt oder eine Vielzahl von Bildpunkten umfassen und für jeden Bildpunkt Informationen hinsichtlich der Helligkeit und der Farbe aufweisen. Der optische Sensor 24 kann optische Signale durch die Öffnung 28 aus dem Oxidationsraum 12 empfangen, wobei die Öffnung 28 als Blende wirken kann. Dabei kann ein Sichtkegel des optischen Sensors 24 entstehen, der erfassbare Bereiche des Oxidationsraumes 12 definiert. Dieser Sichtkegel ist in 1 durch eine Begrenzungslinie 50 und eine weitere Begrenzungslinie 52 abstrakt dargestellt. Um eine im Wesentlichen vollständige Erfassung des Oxidationsraumes 12 durch die optische Sensoreinrichtung 24 zu gewährleisten, kann der Sichtkegel beispielsweise durch eine Veränderung der Abmessungen des optischen Sensors 24 sowie der Öffnung 28 und/oder durch eine Veränderung der relativen Positionierung des optischen Sensors 24 zu der Öffnung 28 verändert werden. Weiterhin kann der optische Sensor 24 eine Vielzahl von nicht dargestellten voneinander unabhängigen optischen Sensorelementen umfassen, die voneinander räumlich getrennt angeordnet sein können. Die Vielzahl von optischen Sensorelementen kann beispielsweise radial beabstandet zu Öffnungen in der inneren Mantelfläche 26 angeordnet werden, die nicht mit der Öffnung 28 identisch sind. Auf diese Weise können eine Vielzahl von optischen Sensorelementen hinter einer Vielzahl von verschiedenen Öffnungen angeordnet sein, um den Oxidationsraum 12 vollständig optisch zu erfassen. Der optische Sensor 24 kann beispielsweise direkt oder unter Zuhilfenahme einer flexiblen Fieberglasoptik optische Informationen aus dem Oxidationsraum 12 erfassen. Der optische Sensor 24 kann beispielsweise einen CCD- oder einen CMOS-Sensor umfassen, wodurch je nach Größe und Auflösung des verwendeten Sensors eine optische Erfassung des Oxidationsraumes 12 in unterschiedlicher Auflösung möglich ist. Die Auflösung kann einen einzigen Bildpunkt oder eine Vielzahl von Bildpunkten betragen. Für jeden vorhandenen Bildpunkt können Werte für die Farbe und die Helligkeit oder die Intensität vorgesehen sein. Zwei voneinander getrennte Bildpunkt haben einen räumlichen Abstand, so dass aus den Bilddaten auch räumliche Ableitungen bestimmbar sind. Der räumliche Abstand zwischen zwei Bildpunkten entspricht einem realen Abstand zwischen zwei Punkten in dem Oxidationsraum 12. Das Steuergerät 22 kann die von der optischen Sensoreinrichtung 20 erfasste Information in Form eines Signals empfangen. Das Signal kann Bilddaten umfassen. Das Steuergerät 22 kann mindestens eine der Zuführeinrichtungen 14, 16, 18 in Abhängigkeit des empfangenen Signals der optischen Sensoreinrichtung 20 während des Betriebs beeinflussen. Dabei kann insbesondere die von dem Signal umfasste Farbe bei der Beeinflussung berücksichtigt werden. Das Steuergerät 22 kann beispielsweise das empfangene Signal mit einem in dem Steuergerät 22 hinterlegten Referenzsignal vergleichen. Das Referenzsignal kann genau wie das von der optischen Sensoreinrichtung 20 erzeugte Signal Bilddaten umfassen. Das Referenzsignal kann einen erwünschten stabilen und schadstoffarmen Betriebszustand des Fahrzeugheizgerätes 10 charakterisieren und beispielsweise von einer erwünschten Heizleistung des Fahrzeugheizgerätes 10 abhängen. Das Referenzsignal kann beispielsweise mithilfe eines über eine Steuerleitung 54 mit dem Steuergerät 22 gekoppeltes Bedienelement 56 beeinflusst werden, welches eine gewünschte Heizleistung des Fahrzeugheizgerätes 10 vorgeben kann. Dies kann eine vollständige Steuerung des Fahrzeugheizgerätes 10 über die optische Sensoreinrichtung 20 erlauben. Insbesondere kann daher vorgesehen sein, dass das Betätigen des Bedienelements 56 nur eine Veränderung des Referenzsignals zur Folge hat und nicht direkt die Zuführeinrichtungen 14, 16, 18 beeinflusst.
Ein Vergleich zwischen dem von der optischen Sensoreinrichtung 20 erzeugten Signal und dem in dem Steuergerät 22 hinterlegten Referenzsignal durch das Steuergerät 22 kann beispielsweise durch eine Differenzbildung erfolgen. Bilddaten können aus einzelne Bildpunkte charakterisierenden Werten zusammengestellt sein, wobei jedem Bildpunkt beispielsweise zwei unabhängige Werte für Farbe und Intensität zugeordnet sein können. Denkbar ist auch, dass die Farbkanäle für die Bildpunkte getrennt sind. Beispielsweise in einen Cyan- einen Magenta- und einen Gelb-Farbkanal. Die Differenzbildung zwischen dem erzeugten Signal und dem Referenzsignal kann beispielsweise punktweise erfolgen. Das in dem Steuergerät 22 abgespeicherte Referenzsignal kann beispielsweise eine stabile bläulich brennende Flamme 32 mit klar abgegrenzter Flammenfront 34 in dem Oxidationsraum 12 beschreiben. Liegt hiervon abweichend eine stark flackernde gelbliche Flamme 32 mit einer entsprechend räumlich wandernden Flammenfront 34 vor, so wird das von der optischen Sensoreinrichtung 20 erzeugte Signal stark von dem Referenzsignal abweichen. Prinzipiell kann beispielsweise ein Farbabstand zwischen einzelnen Bildpunkten des erfassten Signals und des Referenzsignals ermittelt werden. Durch subtraktive Farbmischung kann beispielsweise von dem erzeugten Signal, welches eine gelbliche Flamme 32 in dem Oxidationsraum 12 repräsentieren kann, das Referenzsignal subtrahiert werden, welches eine bläuliche Flamme 32 in dem Oxidationsraum 12 repräsentieren kann. Die Abweichung (oder der Abstand) kann beispielsweise über die Intensität der verbleibenden Grünkomponenten einzelner Bildpunkte ermittelt werden. Experimentell ermittelte Vorgabewerte für die Beeinflussung der einzelnen Zuführeinrichtungen 14, 16, 18 sind möglich. Eine große Abweichung zwischen den beiden Signalen kann beispielsweise zu einer größeren Beeinflussung der ersten Zuführeinrichtung 14 und/oder der zweiten Zuführeinrichtung 16 und/oder der dritten Zuführeinrichtung 18 führen, wobei beispielsweise die jeweilige Fördermenge der einzelnen Zuführeinrichtungen 14, 16, 18 je nach Bedarf erhöht oder verringert werden kann. Die Erfassung einer gelblichen Flamme, das heißt die Erfassung gelblicher Lichtstrahlen durch den optischen Sensor 24 der optischen Sensoreinrichtung 20, kann beispielsweise als Kriterium für einen unvollständigen Oxidationsprozess des zugeführten Brennstoffs dienen, wobei der unvollständig verbrannte Brennstoff in Form von kleinen Rußpartikeln im gelben Wellenlängenbereich Licht aussendet. Dieses Licht kann von dem optischen Sensor 24 erfasst werden. Zur Reduzierung der Rußpartikel kann beispielsweise die zugeführte Brennstoffmenge über die erste Zuführeinrichtung 14 reduziert werden und/oder die über die zweite Zuführeinrichtung 16 zugeführte Menge an Oxidationsmittel erhöht werden und/oder die über die dritte Zuführeinrichtung 18 zurückgeführte Abgasmenge reduziert werden.
Ein instabiler Betriebszustand der Fahrzeugheizgerätes 10 kann beispielsweise durch ein sich zeitlich schnell veränderndes Signal charakterisiert sein, das das Kennzeichen einer flackernden Flamme 32 sein kann. Die optische Sensoreinrichtung 20 kann dieses Flackern aufgrund seiner sehr kurzen Totzeit zeitlich auflösen. Das Flackern kann beispielsweise durch Differenzbildung der Bilddaten bei zwei zeitlich kurz hintereinander an das Steuergerät übertragenen Signalen erkannt werden. Die geringe Totzeit der optischen Sensoreinrichtung 20 erlaubt insgesamt auch eine sehr schnelle Erfassung des Erlöschens der Flamme 32.
Wenn das Signal der optischen Sensoreinrichtung 20 eine Unterbrechung des Oxidationsprozesses in dem Oxidationsraum 12 anzeigt, kann das Steuergerät 22 dazu ausgelegt sein, die Zufuhr des Stoffes über beinflusste Zuführeinrichtungen 14, 16, 18 zu beenden. Somit kann die optische Sensoreinrichtung 20 auch die Funktion eines Flamm- oder Oxidationswächters wahrnehmen.
Durch die Verwendung mehrerer voneinander getrennter optischer Sensorelemente als Teil des optischen Sensors 24 kann die Flamme 32 in dem Oxidationsraum 12 aus verschiedenen Richtungen optisch erfasst werden. Auf diese Weise kann eine räumliche Erfassung der Flammenfront 34 der Flamme 32 in dem Oxidationsraum 12 erfolgen, so dass ebenfalls eine zeitabhängige Verschiebung der Flammenfront 34, die beispielsweise periodisch oder quasi-periodisch sein kann, erfassbar sein kann. Auch derartige räumliche Bilddaten können als erzeugtes Signal mit einem gespeicherten Referenzsignal verglichen und die Abweichung zwischen beiden Signalen zur Beeinflussung der ersten Zuführeinrichtung 14, der zweiten Zuführeinrichtung 16 und der dritten Zuführeinrichtung 18 herangezogen werden.
Das räumliche Wandern der Flammenfront 34 mit der Zeit kann ein Anzeichen für einen instabilen Betriebszustand des Fahrzeugheizgerätes 10 sein, dem durch eine entsprechende Beeinflussung der ersten Zuführeinrichtung 14 und/oder der zweiten Zuführeinrichtung 16 und/oder der dritten Zuführeinrichtung 18 entgegengewirkt werden kann. Zu diesem Zweck können beispielsweise die Förderraten der ersten Zuführeinrichtung 14 und/oder der zweiten Zuführeinrichtung 16 und/oder der dritten Zuführeinrichtung 18 auf vorgebbare Startwerte eingestellt werden, von denen experimentell bekannt sein kann, dass sie einen stabilen Betriebszustand des Fahrzeugheizgerätes 10 charakterisieren.
Das Steuergerät 22 kann dazu ausgelegt sein, von einer Beeinflussung der ersten Zuführeinrichtung 14, beispielsweise zur Minimierung der ermittelten Abweichung, abzusehen, wenn diese zu einer Erhöhung der zugeführten Brennstoffmenge führt und gleichzeitig der in dem Fahrzeug vorhandene Brennstoffvorrat einen vorgebbaren Mindestwert unterschreitet. Der Brennstoffvorrat kann beispielsweise durch einen entsprechenden Füllstandssensor bestimmbar sein. Durch den Verzicht auf die Erhöhung der zugeführten Brennstoffmenge kann eine mögliche Restbetriebszeit des Fahrzeugheizgerätes 10 durch eine Streckung des vorhandenen Brennstoffvorrats erzielt werden.
Das Steuergerät 22 kann weiterhin dazu ausgelegt sein, von einer Beeinflussung zumindest einer der Zuführeinrichtungen 14, 16, 18 abzusehen, die zu einem erhöhten Energieverbrauch der Zuführeinrichtung 14, 16, 18 führt, wenn eine ermittelte Betriebsspannung einer versorgenden Fahrzeugbatterie einen vorgebbaren Schwellenwert unterschreitet. Auf diese Weise kann der Energieverbrauch des Fahrzeugheizgerätes 10 reduziert werden, so dass eine mögliche Restlaufzeit des Fahrzeugheizgerätes 10 erhöht werden kann.
2 zeigt ein vereinfachtes Schnittbild eines weiteren Fahrzeugheizgerätes. Das in 2 dargestellte Fahrzeugheizgerät 10 umfasst im Unterschied zu dem aus 1 bekannten Fahrzeugheizgerät 10 einen Verdampfer 66 für zugeführten Brennstoff, der an der Stirnseite 64 des Oxidationsraumes 12 angeordnet ist. Weiterhin kann ein Katalysator 68 in dem Oxidationsraum 12 angeordnet sein und diesen zumindest teilweise ausfüllen. Der in dem Oxidationsraum 12 ablaufende Oxidationsprozess kann bei dem dargestellten Fahrzeugheizgerät 10 flammlos ablaufen, wobei eine katalytische Umsetzung von zugeführtem Brennstoff und Oxidationsmittel im Wesentlichen an der Oberfläche des dargestellten Katalysators 68 ablaufen kann. Der Verdampfer 66 kann ein nicht näher bezeichnetes Verdampfervlies umfassen. Dem Verfampfervlies zugeführter Brennstoff kann in dem Fachmann bekannter Weise mit Oxidationsmittel vermischt werden, das beispielsweise über die exemplarisch dargestellten Öffnungen 48 zuführbar ist. Über die Öffnungen 48 ist weiterhin auch zurückgeführtes Abgas dem Oxidationsraum 12 zuführbar. Ein flammloser Oxidationsprozess kann auch durch eine geeignete Zuführung des zurückgeführten Abgases ohne den Katalysator 68 möglich sein. Die optische Sensoreinrichtung 20 mit dem optischen Sensor 20 kann an der Stirnseite 64 des Oxidationsraumes 12 angeordnet sein und eine Glasfiberoptik 70 umfassen. Die Glasfiberoptik 70 kann optische Signale aus dem Oxidationsraum 12 aufnehmen und sie an den optischen Sensor 24 weiterleiten. Durch die Glasfiberoptik 70 kann der optische Sensor 24 mit einem größeren Abstand zu dem Oxidationsraum 12 angeordnet sein, ohne den optisch erfassbaren Bereich des Oxidationsraumes 12 zu beschränken. Somit kann der Verdampfer 66 eine größere Fläche der Stirnseite 62 des Oxidationsraumes 12 einnehmen und gleichzeitig die Temperatur des optischen Sensors 24 gesenkt werden. Der optische Sensor 24 kann über die Glasfiberoptik 70 insbesondere den Katalysator 68 und/oder einen Ausschnitt der inneren Mantelfläche 26 des Oxidationsraumes optisch erfassen oder wahrnehmen. Das Vorsehen der Glasfiberoptik 70 ist optional. Im Betrieb des dargestellten Fahrzeugheizgerätes 10 wird zugeführter Brennstoff auf der Oberfläche der Katalysators 68 unter Abgabe von Wärme mit zugeführtem Oxidationsmittel umgesetzt. Dabei wird der Katalysator 68 stark erwärmt, so dass dieser anfängt zu glühen. Aus der spektralen Zusammensetzung des optisch wahrnehmbaren Glühens kann die Temperatur des Katalysators 68 bestimmt werden. Der Zusammenhang zwischen Temperatur und wahrnehmbarem Glühen kann dem eines schwarzen Strahlers entsprechen, wobei eine zusätzliche Abhängigkeit von dem Material des Katalysators 68 bestehen kann. In jedem Fall ist eine experimentelle Bestimmung des Zusammenhangs zwischen dem erfassbaren Spektrum und der Temperatur möglich. Da die Temperatur des Katalysators 68 als Größe zur Beeinflussung der Zuführeinrichtungen 14, 16, 18 geeignet ist, gilt dies in gleicher Weise für das von dem optischen Sensor 24 erfassbare Signal, so dass das Steuergerät 22 basierend auf einer optischen Erfassung des Katalysators 68 eine Beeinflussung der Zuführeinrichtungen 14, 16, 18 vornehmen kann. Bei dem Oxidationsprozess kann neben dem Katalysator 68 auch die innere Mantelfläche 26 erwärmt werden, so dass sie beispielsweise ebenfalls anfängt zu glühen. In analoger Weise kann daher auch eine optische Erfassung des Glühens der inneren Mantelfläche 26 zur Beeinflussung der Zuführeinrichtungen 14, 16, 18 herangezogen werden, da auch deren Farbe mit der Temperatur des Oxidationsraumes 12 in Zusammenhang steht.
Das grundsätzliche Funktionsprinzip der in den 1 und 2 beschriebenen Fahrzeugheizgeräte 10, dass ein durch eine optische Sensoreinrichtung erzeugtes Signal zur Beeinflussung einer Zuführeinrichtung herangezogen wird, ist prinzipiell auch bei stationären Heizungen, Verbrennungsmotoren, Gasturbinen und sonstigen technischen Prozessen zur Erkennung/Beeinflussung von Oxidationsprozessen, anwendbar. Eine Voraussetzung kann allerdings sein, dass Wärme freigesetzt wird, die zumindest teilweise optisch erfassbare Körper erwärmt.
3 zeigt ein Flussdiagramm des Regelkreises zur Beeinflussung eines Oxidationsprozesses in einem Fahrzeugheizgerät. In Schritt 100 werden Daten erfasst. Beispielsweise können Bilddaten optisch von einem optischen Sensor einer optischen Sensoreinrichtung ermittelt werden. Das so erzeugte Signal kann daher beispielsweise Bilddaten umfassen. Die Bilddaten können einzelne Bildpunkte umfassen, die jeweils durch die notwendigen Werte für Farbe und Helligkeit charakterisiert sein können. Die einzelnen Bildpunkte können die von dem optischen Sensor aus sichtbaren Bereiche des Oxidationsraumes des Fahrzeugheizgerätes, der beispielsweise als Brennkammer ausgeführt sein kann, mit einer bestimmten vorgebbaren Auflösung optisch erfassen. Die erfassten Daten können als Signal an das Steuergerät des Fahrzeugheizgerätes übertragen werden. In Schritt 102 kann die Abweichung der erfassten Daten, das heißt die Abweichung des ermittelten Signals, das Bilddaten umfassen kann, von einem Referenzsignal ermittelt werden, welches ebenfalls Bilddaten umfassen kann. Die Ermittlung der Abweichung kann beispielsweise durch das Steuergerät des Fahrzeugheizgerätes erfolgen. Die Bestimmung der Abweichung kann beispielsweise mit dem Fachmann bekannten Methoden der Bildverarbeitung erfolgen, die durch das Steuergerät ausgeführt werden können. Das Referenzsignal kann im Vorfeld experimentell ermittelt und beispielsweise in einem Speicher des Fahrzeugheizgerätes hinterlegt sein. Die Bestimmung der Abweichung kann beispielsweise für jeden Bildpunkt einzeln durch eine Differenzbildung zwischen den den jeweiligen Bildpunkt charakterisierenden Werten und den den entsprechenden Bildpunkt in dem Referenzsignal darstellenden Werten erfolgen. Zur Vereinfachung der Berechnung können die die Bildpunkte charakterisierenden Werte über mehrere Bildpunkte gemittelt werden, was einer geringen Auflösung entspricht. Das Referenzsignal kann hinsichtlich der Auflösung der umfassten Bilddaten angepasst sein. Das ermittelte Signal und das Referenzsignal können auch jeweils nur einen einzigen Bildpunkt umfassen. Die ermittelte Abweichung kann wiederum Bilddaten umfassen, die beispielsweise aus der Differenz zwischen dem ermittelten Signal und dem Referenzsignal gebildet sein kann. Gemäß der subtraktiven Farbmischung kann die ermittelte Abweichung eine sehr geringe Intensität aufweisen, wenn das ermittelte Signal dem Referenzsignal stark ähnelt. Beispielsweise können das ermittelte Signal und das Referenzsignal jeweils bläuliche Flammen in der Brennkammer charakterisieren. Die Differenz kann dann sehr gering sein, wobei die ermittelte Abweichung Bilddaten umfassen kann, die beispielsweise im Wesentlichen Schwarz zeigen, da die bläuliche Flamme des Referenzsignals die bläuliche Flamme aus dem ermittelten Signal gemäß der subtraktiven Farbmischung ausgelöscht hat. Charakterisiert hingegen das ermittelte Signal eine gelbliche Flamme während das Referenzsignal eine bläuliche Flamme charakterisiert, kann die ermittelte Abweichung beispielsweise Bilddaten umfassen, die gemäß der subtraktiven Farbmischung eine Flamme mit starken Grünanteilen charakterisiert. Schritt 102 kann bei Bedarf auch entfallen und aus dem ermittelten Signal die Beeinflussung direkt bestimmt werden.
Aus der Farbe der Bilddaten kann auch auf die Temperatur des abgebildeten Gegenstandes geschlossen werden. Wenn beispielsweise die erfassten Bilddaten einen Teil des Oxidationsraumes darstellen und/oder der Oxidationsprozess als eine flammlose Umsetzung von Brennstoff und Oxidationsmittel stattfindet, ist die Temperatur oder die Temperaturverteilung in dem Oxidationsraum durch die erfassten Farben und Helligkeiten in den Bilddaten ermittelbar. Beispielsweise kann ein Rotglühen einer Temperatur T₁ entsprechen während ein Orangeglühen einer Temperatur T₂ und ein Gelbglühen einer Temperatur T₃ entsprechen kann, wobei T₁ < T₂ < T₃ gilt. Die exakten Temperaturen sind von dem genauen erfassten Farbspektrum sowie von dem erfassten glühenden Material des Oxidationsraumes abhängig. Eine experimentelle Ermittlung des genauen Zusammenhangs zwischen den von dem optischen Sensor empfangenen Bilddaten und der Temperatur kann beispielsweise im Vorfeld experimentell vorgenommen werden. Die Farbe der Bilddaten kann daher auch bei einer flammlosen Oxidation zur Beeinflussung der Zuführeinrichtungen verwendet werden, beispielsweise zur Realisierung einer Temperatursteuerung. Auch hier kann eine Abweichung von einem Referenzwert ermittelt und minimiert werden. Eine direkte Beeinflussung basierend auf dem ermittelten Signal ist jedoch ebenfalls möglich.
In Schritt 104 können eine oder mehrere der vorhandenen Zuführeinrichtungen des Fahrzeugheizgerätes entsprechend der ermittelten Abweichung beeinflusst werden. Dies kann beispielsweise durch das Steuergerät des Fahrzeugheizgerätes erfolgen. Beispielsweise kann keine oder nur eine sehr geringe Beeinflussung der Zuführeinrichtungen erfolgen, wenn die ermittelte Abweichung Bilddaten umfasst, die im Wesentlichen ein schwarzes Bild charakterisieren. Umfasst die ermittelte Abweichung hingegen Bilddaten, die beispielsweise eine grünliche Flamme charakterisieren, kann eine Beeinflussung der Zuführeinrichtungen beispielsweise in Abhängigkeit von der gemittelten mittleren Helligkeit der durch die Abweichung charakterisierten Flamme vorgenommen werden. In Abhängigkeit von der gewünschten Heizleistung des Fahrzeugheizgerätes und der Farbe und der gemittelten Intensität der ermittelten Abweichung können Vorgaben für die einzustellenden Förderraten einzelner oder aller Zuführeinrichtungen in einem Speicher des Steuergerätes des Fahrzeugheizgerätes hinterlegt sein. Die einzustellenden Werte können beispielsweise im Vorfeld experimentell ermittelt worden sein. Wenn Schritt 102 entfallen ist, kann die Beeinflussung der Zuführeinrichtungen auch direkt basierend auf dem empfangenen Signal erfolgen. Beispielsweise kann eine zeitliche Ableitung des Signals oder zeitliche Minima und/oder Maxima ermittelt und herangezogen werden. Wird beispielsweise die Farbe und Intensität des Signals ein Maßstab für die Temperatur in dem Oxidationsraum herangezogen, kann eine Regelung der Temperatur in dem Oxidationsraum realisiert werden. Anstelle von zeitlichen Veränderungen der Bilddaten können auch räumliche Veränderungen berücksichtigt werden, die beispielsweise die Homogenität des Oxidationsprozesses in dem Oxidationsraum charakterisieren können.
Das Verfahren kann anschließend in Schritt 100 fortgesetzt werden. Dies schließt den Regelzyklus, der mit dem Erfassen von Daten aus dem Oxidationsraum des Fahrzeugheizgerätes erneut beginnt. Das in 3 dargestellte Verfahren kann durch die in den 1 und 2 dargestellten Fahrzeugheizgeräte ausgeführt werden.
Das beschriebene Verfahren kann weiterhin zusammen mit beliebigen Oxidationsprozessen verwendet werden, bei denen während der Oxidation Wärme produziert wird. Beispielsweise bei stationären Heizungen, Verbrennungsmotoren, Gasturbinen oder ganz allgemein, bei technischen Prozessen zur Erkennung und/oder Beeinflussung von Oxidationszuständen oder -prozessen.
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.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeugheizgerät
12: Oxidationsraum
14: erste Zuführeinrichtung
16: zweite Zuführeinrichtung
18: dritte Zuführeinrichtung
20: optische Sensoreinrichtung
22: Steuergerät
24: optischer Sensor
26: innere Mantelfläche
28: Öffnung
30: Zündeinrichtung
32: Flamme
34: Flammenfront
36: Zerstäuberdüse
38: Brennstoffleitung
40: Oxidationsmittelleitung
42: Abgasrückführleitung
44: Zwischenraum
46: elektrische Leitung
46': weitere elektrische Leitung
48: weitere Öffnungen
50: Begrenzungslinie
52: weitere Begrenzungslinie
54: Steuerleitung
56: Bedienelement
58: äußere Mantelfläche
60: axiale Richtung
62: radiale Richtung
64: Stirnseite
66: Verdampfer
68: Katalysator
70: Glasfiberoptik
100: Daten erfassen
102: Abweichung bestimmen
104: Dosiereinrichtung beeinflussen

Claims

Fahrzeugheizgerät (10) umfassend – einen Oxidationsraum (12), – eine Zuführeinrichtung (14, 16, 18) für einen einem in dem Oxidationsraum (12) zur Wärmeerzeugung stattfindenden Oxidationsprozess zuzuführenden Stoff, – eine optische Sensoreinrichtung (20) und – ein mit der optischen Sensoreinrichtung (20) gekoppeltes Steuergerät (22), – wobei das Steuergerät (22) dazu eingerichtet ist, den Oxidationsprozess in Abhängigkeit eines von der optischen Sensoreinrichtung (20) erzeugten Signals während des Betriebs der Zuführeinrichtung (14, 16, 18) durch Ändern eines Betriebsparameters der Zuführeinrichtung (14, 16, 18) zu beeinflussen.
Fahrzeugheizgerät (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugheizgerät (10) mehrere Zuführeinrichtungen (14, 16, 18) umfasst, und dass das Steuergerät (22) dazu eingerichtet ist, mindestens eine der mehreren Zuführeinrichtungen (14, 16, 18) in Abhängigkeit des von der optischen Sensoreinrichtung (20) erzeugten Signals während des Betriebs der mindestens einen der mehreren Zuführeinrichtungen (14, 16, 18) durch Ändern eines Betriebsparameters der mindestens einen der mehreren Zuführeinrichtungen (14, 16, 18) zu beeinflussen.
Fahrzeugheizgerät (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoreinrichtung (20) einen optischen Sensor (24) umfasst, der den Oxidationsraum (12) und/oder eine in dem Oxidationsraum (12) lokalisierte Flamme (32) im Wesentlichen vollständig optisch erfasst.
Fahrzeugheizgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (24) einen CCD-Sensor und/oder einen CMOS-Sensor umfasst.
Fahrzeugheizgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoreinrichtung (20) eine Glasfiberoptik (70) umfasst, die optische Signale aus dem Oxidationsraum (12) aufnimmt und weiterleitet.
Fahrzeugheizgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Oxidationsraum (12) einhüllende innere Mantelfläche (26) zumindest eine Öffnung (28) aufweist, wobei die optische Sensoreinrichtung (20) radial beabstandet von der zumindest einen Öffnung (28) außerhalb des Oxidationsraums (12) angeordnet ist.
Fahrzeugheizgerät (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoreinrichtung (20) an einer Stirnseite (64) des Oxidationsraumes (12) angeordnet ist.
Fahrzeugheizgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (22) dazu eingerichtet ist, den Betrieb der Zuführeinrichtung (14, 16, 18) zu beenden, wenn das von der optischen Sensoreinrichtung (20) erzeugte Signal eine Unterbrechung des Oxidationsprozesses in dem Oxidationsraum (12) anzeigt.
Fahrzeugheizgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (22) dazu eingerichtet ist, eine Zündeinrichtung (30) zu betätigen, wenn das von der optischen Sensoreinrichtung (20) erzeugte Signal eine Unterbrechung des Oxidationsprozesses in dem Oxidationsraum (12) oder einen instabilen Oxidationsprozess in dem Oxidationsraum (12) anzeigt.
Fahrzeugheizgerät (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (22) dazu eingerichtet ist, die Zuführung des Stoffes über die Zuführeinrichtung (14, 16, 18) auf einen vorgebbaren Startwert einzustellen, wenn das von der optischen Sensoreinrichtung (20) erzeugte Signal eine Unterbrechung des Oxidationsprozesses in dem Oxidationsraum (12) oder einen instabilen Oxidationsprozess in dem Oxidationsraum (12) anzeigt.
Fahrzeugheizgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Oxidationsraum (12) zuzuführende Stoff Brennstoff umfasst, und dass das Steuergerät (22) dazu eingerichtet ist, die Zuführung von Brennstoff in den Oxidationsraum (12) zu verringern, wenn das von der optischen Sensoreinrichtung (20) erzeugte Signal eine gelbliche Färbung einer Flamme (32) anzeigt oder eine zu hohe Temperatur in dem Oxidationsraum (12) anzeigt.
Fahrzeugheizgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Oxidationsraum (12) zuzuführende Stoff Oxidationsmittel umfasst, und dass das Steuergerät (22) dazu eingerichtet ist, die Zuführung von Oxidationsmittel in den Oxidationsraum (12) zu erhöhen, wenn das von der optischen Sensoreinrichtung (20) erzeugte Signal eine gelbliche Färbung einer Flamme (32) anzeigt.
Fahrzeugheizgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Oxidationsraum (12) zuzuführende Stoff zurückgeführtes Abgas umfasst, und dass das Steuergerät (22) dazu eingerichtet ist, die Zurückführung von Abgas in den Oxidationsraum (12) zu reduzieren, wenn das von der optischen Sensoreinrichtung (20) erzeugte Signal eine gelbliche Färbung einer Flamme (32) oder eine zu geringe Temperatur in dem Oxidationsraum (12) anzeigt.
Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugheizgerätes (10) umfassend einen Oxidationsraum (12), eine Zuführeinrichtung (14, 16, 18) für einen einem in dem Oxidationsraum (12) stattfindenden Oxidationsprozess zuzuführenden Stoff, eine optische Sensoreinrichtung (20) und ein mit der optischen Sensoreinrichtung (20) gekoppeltes Steuergerät (22), wobei durch das Steuergerät (22) der Oxidationsprozess in Abhängigkeit eines von der optischen Sensoreinrichtung (20) erzeugten Signals während des Betriebs der Zuführeinrichtung (14, 16, 18) durch Ändern eines Betriebsparameters der Zuführeinrichtung (14, 16, 18) beeinflusst wird.