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Elektrische Schaltungsanordnung einer Heizanlage für Fahrzeuge Die
Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung einer Heizanlage für Fahrzeuge
mit einer Verbrennungskammer und einer in diese führende, eine Brennstoffpumpe und
ein automatisches Ventil enthaltenden Brennstoffzuleitung, einer ein Verbrennungsluftgebläse
enthaltenden Luftzuleitung, einer Abgasleitung und einer Funkenzündvorrichtung,
deren Zündkerze in der Verbrennungskammer angeordnet ist und die eine Zündspule
sowie Unterbrecherkontakte aufweist, ferner mit einem Luftkanal, in dem eine Ventilationsluftquelle,
die Verbrennungskammer und ein Thermostat in Luftströmungsrichtung hintereinander
angeordnet sind, wobei der Motor für die Brennstoffpumpe bei eingeschaltetem Heizbetrieb
im Dauerlauf arbeitet.
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Bei einer bekannten derartigen Anordnung arbeitet die Funkenzündvorrichtung
dauernd, und die von der Heizanlage erzeugte Wärmemenge wird mit Hilfe eines Steuerventils
geregelt, das in der zur Verbrennungskammer führenden Kraftstoffleitung vorgesehen
ist. Der in der Praxis ausnutzbare Regelbereich eines derartigen Steuerventils ist
jedoch relativ klein, und die Regelgenauigkeit ist nicht sehr hoch; außerdem ist
ein solches Ventil verhältnismäßig teuer. Ein weiterer Nachteil der bekannten Heizanordnung
besteht darin, daß die Zündkerze dauernd zündet und damit in beträchtlichem Maß
hochfrequente Störungen erzeugt, die beispielsweise einen Rundfunkempfang im Kraftfahrzeug
stark beeinträchtigen.
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Bei weiteren bekannten Heizanlagen sind statt der Zündkerze Glühdrähte
vorgesehen, welche beim Anheizvorgang von einem Strom durchflossen werden und das
in die Brennkammer eingeblasene Gemisch zünden. Die Brennstoffzufuhr geschieht auch
hier über magnetisch betätigte Absperr- und Regelventile. Da der Glühdraht relativ
viel Strom verbraucht, wird er nach dem Zünden des Brennstoffgemisches abgeschaltet
und erst bei Unterschreiten einer an einem Thermostaten eingestellten Temperatur
zur neuerlichen Zündung des Gemisches wieder eingeschaltet. Erlischt die Heizflamme,
was bei einem Arbeiten des Regelventils in seinem unteren Bereich wegen der kritischen
Regeleigenschaften leicht vorkommt oder weil beispielsweise feuchte Luft zugeführt
wird, so läuft wegen der bis zum Ansprechen des Thermostaten benötigten Zeit Kraftstoff
in die Brennkammer, so daß es häufig vorkommt, daß der Heizdraht beim Wiedereinschalten
kein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch mehr vorfindet. Die Zündung wird dadurch
sehr erschwert und bleibt oft ganz aus. Abgesehen von dieser ungenügenden Betriebssicherheit
ist der Wirkungsgrad einer solchen Anlage schlecht, weil mit der unterschiedlichen
Kraftstoffmenge nicht auch die zugeführte Luftmenge verändert wird, so daß sich
das Kraftstoff-Luft-Verhältnis ständig verändert, anstatt seinen theoretisch optimalen
Wert zu behalten.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber in der Schaffung einer
elektrischen Schaltungsanordnung, die mit einfachen Mitteln aufgebaut ist, eine
schnell schaltbare und genaue Regelbarkeit erlaubt, wobei die durch die Schalthäufigkeit
und Funkenbildung auftretenden Hochfrequenzstörungen auf ein Minimum herabgesetzt
werden sollen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die elektrischen
Antriebe für die Ventilationsluftquelle und das Verbrennungsluftgebläse in den Hauptstromkreis
geschaltet sind, so daß sie bei eingeschalteter Heizung auch im Dauerlauf arbeiten,
daß der Zündimpulserzeuger, dessen Unterbrechungskontakte in an sich bekannter Weise
mittels eines Funkenlögchkondensators überbrückt sind, ebenfalls dauernd Zündimpulse
liefert, während das dem Anschluß an die Unterbrecherkontakte gegenüberliegende
Ende der Primärseite des Zündtransformators derart an den Thermostaten, der in an
sich bekannter Weise das automatische Brennstoffzuleitungsventil betätigt, geschaltet
ist, daß der Zündtransformator mit der Zündkerze gleichzeitig mit dem Brennstoffzuleitungsventil
durch die Impulse des Thennostaten ein- und ausgeschaltet wird.
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Die Temperaturregelung erfolgt bei der erfindungsgemäßen Anordnung
so, daß die Brennstoffzufuhr nur während bestimmter Perioden eingeschaltet ist,
während derer auch ein Zündfunken geliefert wird. Diese Aufheizperioden werden von
Pausen unterbrochen, während derer die Brennstoffzufuhr und der Zündfunken gesperrt
sind und die die Heizvorrichtung
durchströmende Luft von der. gespeicherten
Wärme aufgeheizt wird. Die Anordnung arbeitet also nicht kontinuierlich, sondern
nur periodenweise. Dadurch ergibt sich einmal der Vorteil, daß die Zündvorrichtung
nicht dauernd, sondern nur während der relativ kurzen Auffieizperioden arbeitet,
so daß die Störungen insgesamt stark herabgesetzt werden. Außerdem arbeitet die
erfindungsgemäße Anlage ständig mit dem besten Wirkungsgrad, da das Brennstoff-Luft-Verhältnis
optimal gewählt und immer konstant ist.
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Wegen des Verzichts auf Regelventile für die Einstellung der zugeführten
Kraftstoffmenge ist die Regelgenauigkeit der erfindungsgemäßen Anordnung wesentlich
höher als bei den bekannten Heizanordnungen. Die gewünschte Temperatur wird nicht
über eine Drosselung der zugeführten Brennstoffmenge, sondern mit Hilfe des Verhältnisses
der Länge der Aufheizungs- und Abkühlungsperioden bestimmt. Eine derartige Digitalregelung
läßt sich für eine gewünschte Genauigkeit mit wesentlich einfacheren Mitteln realisieren
als eine analoge Regelung, wie sie die bekannten Heizanordnungen verwenden.
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Zur Erhöhung der Betriebssicherheit kann in der erfindungsgemäßen
Heizanordnung eine an sich bekannte übertemperatursicherung vorgesehen sein, die
das Magnetventil in der Brennstoffzuleitung schließt, falls die Thermostatsteuerung
versagt. Dadurch wird verhindert, daß eine überhitzung der Heizungsanordnung eintritt,
die unter Umständen mit Gefahren verbunden sein kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß gestalteten Schaltungsanordnung
ist in der folgenden Beschreibung an Hand der Darstellungen im einzelnen erläutert.
Es zeigt F i g. 1 einen schematischen Schnitt durch den mechanischen Aufbau
der Heizanlage und F i g. 2 die elektrische Schaltungsanordnung für die in
F i g. 1 dargestellte Heizanlage.
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Die in F i g. 1 dargestellte Heizanlage läßt sich leicht so
herstellen, daß sie auch an Stelle der üblichen Heißwasserheizanlagen verwendet
oder gegen diese ausgetauscht werden kann. Sämtliche Teile der Kaltluftzufuhr und
der Warmluftabfuhr können z. B. bei einem Austausch auch für die erfindungsgemäße
Heizanordnung verwendet werden. Der mechanische Aufbau ist zum besseren Verständnis
gezeigt und beschrieben und liegt außerhalb des Patentbegehrens.
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Durch einen Kanal 10 wird von einer Frischlufteinlaßöffnung
des Kraftfahrzeugs Luft angesaugt, die beim Vorbeiströmen am Wärmetauscher
30 erwärmt wird und der Warmluftleitung 12 zugeleitet wird, welche im Fahrgastraum
verläuft und durch deren Öffnungen 14 die warme Luft ausströmt. Durch einen Abzweigkanal
16, der zu einem Gebläse 18 führt, wird die warme Luft zu Entfrosterdüsen
20, die an den Scheiben angeordnet sind, geleitet. Das Gebläse 18 wird durch
einen Elektromotor 22 angetrieben und gestattet ein schnelles Abtauen der Scheiben.
Zum Ansaugen der zu erwärmenden Frischluft ist im Kanal 10 ein weiteres Gebläse
24 vorgesehen, das durch einen Elektromotor 26 angetrieben wird und die Luft
am Wänneaustauscher 30 vorbei und durch die Warmluftleitung 12 in den Innenraum
drückt.
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Der innerhalb des das Gehäuse bildenden Kanals 10 angeordnete
Wärmetauscher 30 hat nahe seinem Ende einen durchlöcherten Brennerkegel
32 und in der Nähe seines anderen Endes -einen Auslaßstutzen 34.
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An der Spitze des Brennerkegels 32 hat die Heizanlage eine
Sprühdüse 36, der über eine Brennstoffleitung 38 Kraftstoff zugeführt
wird. Die Verbrennungsluft wird über ein Gebläse 40 mit einem Einlaß 42 zugeführt
und durch ein Rohr 44 in die Kammer
46 gedrückt, welche den hinteren Teil
des Kegels 32
umgibt. Die Verbrennungsluft tritt durch die Löcher 48, die
an der Wand des Kegels vorgesehen sind, in den Verbrennungsraum ein. Innerhalb dieses
Kegels ist ein Paar Zündelektroden 50 angeordnet, deren eine geerdet ist,
während die andere an eine Leitung 52
angeschlossen ist. -
Der Kraftstoff
wird dem Tank des Kraftfahrzeuges mit Hilfe einer Benzinpumpe 54 entnommen und gelangt
durch einen Filter 56 zu einem T-Stutzen 58,
dessen einer Zweig zum
Vergaser 60 und dessen anderer Zweig zu einer weiteren Brennstoffpumpe
62
führt, deren Auslaß über ein Magnetventil 64 mit der Leitung
38 verbunden ist. Dieses Ventil 64 ist so nahe wie möglich an der Düse
36 angeordnet, damit die zwischen ihm und der Düse in der Leitung befindliche
Benzinmenge möglichst klein ist. Beim Abschalten des Ventils 64 tropft dann kein
Benzin mehr aus der Düse. Die Pumpe 62 wird gleichzeitig vom Elektromotor
66 für die Förderung der Verbrennungsluft angetrieben, kann jedoch gegebenenfalls
auch mechanisch mit diesem Motor gekoppelt sein.
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Ein thermostatischer Schalter 68 liegt dicht neben der Oberfläche
des Wärmetauschers 30, der in Grundstellung geschlossen ist. Er dient als
Sicherheitsüberhitzungsschalter und öffnet bei einer überhitzung des Wärmetauschers
30, beispielsweise bei mangelnder Frischluftzufuhr. Ein zweiter thermostatischer
Schalter 70 ist innerhalb der Warmluftleitung 12 dicht neben der Verbindungsstelle
zwischen der Luftleitung 12 und dem Kanal 10 angeordnet. Mit ihm wird die
gewünschte Temperatur eingestellt.
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In F i g. 2 ist die mit 72 bezeichnete Batterie mit
einem Ende an das Chassis des Fahrzeuges, mit dem anderen Ende an eine Leitung 74
angeschlossen, welche über die Zweigleitung 76 zum Zündschalter
80 führt. Die Leitung 82 führt zum Zündsystem des Fahrzeugmotors,
während die Leitung 84 über eine Klemme 86 und eine Leitung 88 sowie
einen Schalter 90 mit dem Elektromotor 22 verbunden ist, um willkürlich das
Gebläse 18 für die Förderung von Kalt-oder Warmluft zu den Entfrosterdüsen
zu betätigen; an die Klemme 86 ist ferner ein Ende 92 eines Schalters
94 angeschlossen, der drei Stellungen einnehmen kann. In der dargestellten Lage
ist das Heizsystem abgeschaltet. Bei Verbindung des Endes 92 mit dem einen
Kontakt 96 wird ein Stromkreis zu einer Leitung 98 geschlossen, welche
mit dem Elektromotor 26
zum Antrieb der Ventilationsquelle 24 sowie mit dem
einen Ende einer Relaisspule 100 verbunden ist. Die anderen Klemmen des Elektromotors
26 und das andere Ende der Relaisspule 100 sind geerdet.
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Der zweite Kontakt 102 des Schalters 94 ist über einen Widerstand
104 mit der Leitung 98 verbunden. In dieser Schalterstellung läuft der Elektromotor
26
langsamer. Die Relaisspule 100 wird jedoch weiterhin ausreichend
erregt, um die Relaiskontakte 106 zu schließen, die zwischen der Leitung
78 und einer Leitung 108 liegen.
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Die Leitung 108 führt über eine Leitung 110 zu dem Elektromotor
66, welcher die Brennstoffpumpe
62 und das Verbrennungsluftgebläse
40 antreibt. Diese Leitung110 ist ferner über den Thermostatschalter 70 an
eine Leitung 112 angeschlossen, welche über den überhitzungsschutzthermostat
68 mit dem einen Ende der Spule des Magnetventils 64 verbunden ist, das bei
Stromzufuhr öffnet und sonst geschlossen ist.
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Ein Zündimpulserzeuger 114 hat eine Spule 116,
eine Schwingzunge
118, welche im stromlosen Zustand den Kontakt 120 schließt. Die Leitung
108 ist mit dem einen Ende der Spule 116 verbunden, deren anderes
Ende über den Kontakt 120 und die Zunge 118 an Erde liegt. Beim Schließen
des Kontaktes 106
schwingt die Zunge nach Art eines Wagnerschen Hammers, wobei
sie während jeder Periode an den Kontakt 122 stößt, der über eine Leitung 124 mit
der Primärwicklung 126 eines Zündtransformators 128
verbunden ist,
deren anderes Ende an die Leitung 112 angeschlossen ist und über einen Kondensator
130 mit Masse und mit dem einen Anschluß der Sekundärwicklung 132
verbunden ist. Das andere Ende der Sekundärwicklung ist über die Hochspannungsleitung
52 mit der Zündkerze 50 bzw. der einen Zündelektrode verbunden. Zwischen
dem Chassis des Fahrzeuges und dem Kontakt 122 liegt ein Funkenlöschkondensator
134.
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Die Kondensatoren 130 und 134 dienen dem Schutz der Kontakte
sowie einer Verbesserung des Arbeitens des Zündtransformators 128. Sie verringern
auch die Hochfrequenzstörungen, sie sonst beim Unterbrechen der induktiven Ströme
während des Arbeitens der Heizanlage entstehen würden.
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Die beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet in folgender Weise:
Im Ruhestand ist die Relaisspule 100 stromlos, so daß demzufolge die Kontakte
106 geöffnet sind. Beim Schließen des Zündschalters 80 wird noch keiner
der Heizstromkreise erregt, solange der Schalter 92 und der Schalter
90 sich in den dargestellten Stellungen befinden. Wird der Schalter
92 in eine Kontaktstellung bewegt, so erhalten der Elektromotor
26 für die Frischluftförderung sowie die Relaisspule 100 Strom. Die
Relaiskontakte 106 schließen sich und setzen den Zündimpulserzeuger 114 und
damit die Zunge zum wechselseitigen Schließen mit den Kontakten 122 und 120 in Gang.
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Gleichzeitig hiermit erhält der Elektromotor 66
über die Leitung
110 Strom, so daß das Verbrennungsluftgebläse und die Brennstoffpumpe arbeiten.
Bei niedriger Temperatur ist der thermostatische Schalter 70 geschlossen,
und die Leitung 112 steht unter Strom. Damit wird das Brennstoffventil 64 über den
geschlossenen Thermostatschalter 68 eingeschaltet. Das Ventil öffnet, und
Kraftstoff wird unter Druck in die Kraftstoffleitung 38 geführt. Gleichzeitig
fließt über die Leitung 112 Strom durch die Primärwicklung 126 des Zündtransformators,
die Leitung 124, den Kontakt 122 und die vibrierende Zunge 118
impulsweise
nach Masse.
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Im Verbrennungsraum werden dabei Zündfunken erzeugt, und der unter
Druck stehende Kraftstoff wird der Düse 36 zugeführt. Die gleichzeitig durch
das Gebläse 40 zugeführte Verbrennungsluft sorgt für ein zündfähiges Gemisch, das
innerhalb des Verbrennungsraumes gezündet wird. Die durch das Gebläse 24 zugeführte
Frischluft umströmt den Wärmetauscher 30 und wird als Heißluft durch die
öffnungen 14 in den Fahrgastraum des Wagens geblasen. Wenn beispielsweise der Thermostatschalter
70 auf eine Temperatur von 100' C eingestellt ist, dauert die Verbrennung
so lange an, bis die Temperatur der Luft am Thermostatschalter 70 1001 C
beträgt. Dann
öffnet der Thermostatschalter 70 und unterbricht die
Leitung 112. Dadurch schaltet das Brennstoffventit 64 ab, und der Zündtransformator
128 wird stromlos. Die Zündung wird unterbrochen und der Brennstoff hört
auf, zu der Düse 36 zu strömen: Die Verbrennung wird augenblicklich unterbrochen.
Das Frischluftgebläse 24, die Brennstoffpumpe 62, das Gebläse 40 für die
Verbrennungsluft und die Schwingzunge 118 arbeiten jedoch weiter.
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Da die Verbrennung aufgehört hat, fällt die Temperatur des Wärmetauschers
30, bis die an dem Thermostatschalter 70 ankommende Luft eine Temperatur
von etwas weniger als 100c'C hat; dann schaltet der Thermostatschalter
70 wieder ein, so daß die Leitung 112, der Zündtransformator und das Brennstoffventil
64 wieder Strom erhalten. Die Zündung und die Brennstoffzufuhr werden daher gleichzeitig
wieder angestellt und die Verbrennung innerhalb eines Bruchteiles einer Sekunde
wieder aufgenommen. Dieser Kreislauf wiederholt sich ständig, bis die Heizanlage
durch öffnen des Schalters 92 oder des Zündschalters 80 endgültig
abgestellt wird. Ein Öffnen des Heizungsschalters 92 beeinflußt nicht das
Arbeiten des Gebläsemotors 22 für die Scheibenbelüftung.
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Bei der dargestellten Schaltung wird der Strom für den Zündimpulserzeuger
114, den Zündtransformator 128, das Magnetventil 64 und den Gebläsemotor
66 vor dem Zündschalter 80 abgezweigt, so daß dessen Belastung nicht
unnötig hoch ist, wie es bei den meisten bekannten Anordnungen der Fall ist.
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Das fortgesetzte Arbeiten des Elektromotors 66,
welcher Verbrennungsluft
zuleitet und die Brennstoffpumpe 62 antreibt, hat den Vorteil, daß Brennstoff
und Verbrennungsluft jederzeit augenblicklich für den Brenner zur Verfügung stehen,
ohne daß der Elektromotor erst jedesmal neu anlaufen muß. Damit wird auch die Belastung
des Thermostatschalters 70
kleiner. Das dauernde Arbeitendes Zündimpulserzeugers
114 für die Unterbrechung des Primärstromkreises des Transformators gewährleistet
eine augenblickliche Funkenbildung an der Zündkerze zu Beginn des Arbeitszyklus,
ohne daß erst die Vibration der Zunge 118 sich aufbauen müßte.
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Der Zündtransformator wird also, wenn sich das Brennstoffventil schließt,
stromlos und erhält zu Beginn eines jeden Auffieizzyklus von neuem Strom. Dadurch
werden Hochfrequenzstörungen auf ein Mindestmaß verringert. Eine Funkenbildung an
der Zündkerze bei abgeschalteter Brennstoffzufuhr würde nämlich starke Störungen
verursachen, die sorgfältige Abschirmmaßnahmen erfordern. Während des Arbeitens
des Brenners wird dagegen die Luft an der Zündkerze infolge der Verbrennung so hoch
ionisiert, daß der Widerstand der Funkenstrecke sehr niedrig ist und demzufolge
keine Radiostörungen durch das Zündsystern entstehen, wenn der Brenner arbeitet.
Durch die gleichzeitige Unterbrechung der Zündung mit der Brennstoffzufuhr zu der
Düse werden Störungen, die ohne diese Luftionisation auftreten würden, unterbunden.
Es werden daher keine besonderen Abschirmmaßnahmen benötigt. Auf diese Weise werden
die Kosten und der Aufwand für den Betrieb der Heizanordnung beträchtlich vermindert.
Da
der zeitliche Abstand und die Dauer der Arbeitszyklen des Brenners lediglich von
der Temperatur der Luft an dem Thermostatschalter 70 bestimmt -werden und
somit in der Hauptsache durch die Wärmeleistung des Brenners einerseits und durch
die Menge der aufzuheizenden Luft sowie deren Einlaßtemperatur bestimmt werden,
ist die Heizvorrichtung mit Bezug auf die Menge der Ventilationsluftströmung verhältnismäßig
unempfindlich. Mit einem Heizsystem hoher Leistung arbeitet der Brenner auch bei
den meisten Kraftfahrzeugheizvorrichtungen, welche ursprünglich Heißwasserheizungen
waren, normal, auch wenn der Gebläsemotor 26 für die Förderung der Frischluft
stromlos ist und nur der Fahrtwind für die Luftzufuhr sorgt.
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Wenn man das Brennstoffventil 64 so nahe wie möglich an der Düse
36 anordnet, ist der in der Leitung oberhalb des Ventils befindliche Kraftstoffvorrat
sehr klein, so daß beim Schließen des Ventils die Düse sofort aufhört zu sprühen
und kein Brennstoff mehr heraustropft. Damit wird eine Bildung von Kraftstoffniederschlägen
an der Düse verhindert, die den Betrieb stören würde. Die Wartungsabstände werden
dadurch auf zwei bis drei Jahre ausgedehnt.
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Ein schnelles Anstellen des Brenners unter der Steuerung des einfach
einzustellenden Thermostatschalters 70 hat eine genaue Regelung der Wärmeleistung
zur Erzielung der gewünschten Temperatur zur Folge. Der Brenner wird dabei entweder
voll angestellt oder voll abgestellt, während andere Anordnungen mit Regelventilen
ein solch genaues Arbeiten nicht erlauben.
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Da das Brennstoffventil 64 augenblicklich beim öffnen des Zündschalters
80 oder des Schalters 92
der Heizvorrichtung geschlossen wird und dann
kein Kraftstoff mehr zufließt, braucht kein Reinigungskreislauf vorgesehen zu werden,
zumal das Gebläse 40 für die Förderung der Verbrennungsluft noch ausläuft und dabei
etwas Luft fördert, so daß restlicher Kraftstoff vollends verbrannt wird.
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Eine weitere Bequemlichkeit ergibt sich dadurch, daß man die Schalter
90 und 92 eingeschaltet und den Thermostatschalter 70 auf eine
gewünschte Temperatur eingestellt lassen kann, so daß die Heizung automatisch beim
Einschalten der Zündung (Schalter 80) in Betrieb gesetzt wird.