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Die Erfindung betrifft eine Zusatzhelzvorrichtung für Kraftfahrzeuge
mit einem Heiz-
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gerät, dem über eine Pumpe und eine Dosiervorrichtung flüssiger Brennstoff
zuführbar ist.
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Es ist bekannt (DE;-PS 1 262 776), bei solchen Vorrichtungen zur Brennstoffdosierung
mechanisch oder elektromagnetisch angetriebene Dosierpumpen, insbesondere Kolbenpumpen,
zu verwenden. Die Brennstoffeinspritzung erfolgt dabei über eine ständig offene
Düse. Die dem Heizgerät zugeführte Brennstoffmenge wird durch die volumetrische
Förderung der Dosierpumpe bestimmt. Dosierpumpen erlauben es zwar, insbesondere
als Kolbenpumpen eine exakte volumetrische Förderung zu erzielen. Sie reagieren
aber empfindlich auf Temperaturänderungen sowie auf Luft-oder Gasblasen, wie sie
vor allem bei leicht flüchtigen Brennstoffen häufig auftreten. Die Abführung solcher
Blasen ist schwierig. Es kann leicht zu Störungen in der Brennstoffversorgung für
das Heizgerät kommen.
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Daneben ist es bekannt (DE-OS 1 551 754), Hochdruck-Brennstofförderpumpen
mit nachgeschalteter Ventur idüsen-Dos iervorr ichtung vor zusehen. Die Dos iergenauigke
it solcher Vorrichtungen läßt jedoch insbesondere bei den im Kraftfahrzeug anzutreffenden
rauhen Einsatzbedingungen zu wünschen übrig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vergleichsweise einfach
aufgebaute Zusatzheizvorrichtung zu schaffen, die unter den im Kraftfahrzeug herrschenden
Betriebsbedingungen eine genaue Brennstoffdosierung erlaubt und gegenüber Gasblasen
weitestgehend unempfindlich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Dosiervorrichtung
ein mit Brennstoff von im wesentlichen konstanten Druck im Überschuß beaufschlagtes,
unter pulsiedender Brennstoffe inspe isung interm ittierend aufsteuerbare s Magnetventil
vorgesehen ist. Die Brennstoffdosierung erfolgt dabei durch Einstellung des Prozentsatzes
der Gesamtbetriebsdauer, währendzdessen das Magnetventil geöffnet ist. Beispielsweise
kann mit Öffnungsintervallen von fest vorgegebener Zeitdauer gearbeitet und zwecks
Dosierung die Öffnungsfrequenz eingestellt werden. Stattdessen ist es möglich, bei
fester Öffnungstaktfrequenz das Taktverhältnis, d. h. das Verhältnis von Öffnungs-zu
Schließdauer zu verändern. Auch eine Kombination beider Maßnahmen läßt sich gegebenenfalls
anwenden. In jedem Fall werden im Brennstoff gebildete Gasblasen über das Magnetventil
rasch abgeführt, ohne die Brennstoffversorgung nennenswert zu stören.
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Als Magnetventil ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein Kraftfahrzeug-Einspritzventil
vorgesehen. Solche Ventile stehen als bewährter und preisgünstiger Massenartikel
zur Verfügung. Sie eignen sich für kurzen Hub und zeichnen sich durch besonders
günstiges Verhalten im Hinblick auf Verschleiß und Querkräfte aus.
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Um ungeachtet der intermittierenden Brennstoffbeaufschlagung des Heizgerätes
zu einer relativ gleichmäßigen Verbrennung zu kommen, mündet vorzugsweise die Auslaßseite
des Magnetventils in einer Brenn luft zuleitung. Die Brennluftzuleitung wirkt als
Dämpfer und Verteiler für die Brennstoffzufuhr. Es kommt zur Ausb ildu,ng eines
weitgehend gleichmäßigen Brennstoff/Luft- Gemisches.
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Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung mündet
die Auslaßseite des Magnetventils in einer Vorkammer des Brennraumes des Heizgerätes.
Eine solche Vorkammer, die zusätzlich mit Verbrennungsluft beaufschlagt wird, übt
eine ähnliche Pufferfunktion aus, wie sie vorstehend ftir die Brennluftzuleitung
erörtert wurde.
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Das Magnetventil kann zweckmäßig an ein elektronisch gesteuertes Steuer-u.
Impuls -gebergerät angeschlossen sein. Ein solches Gerät kann Teil einer fahrzeugeigenen
elektronischen Steuereinrichtung sein. Um Viskositätsänderungen des Brennstoffs
Rechnung zu tragen, die auf Temperaturschwankungen zurückzuführen sind, kann zweckmäßig
dem Steuer-und Impulsgebergerät ein Temperaturfühler vorgeschaltet sein, der im
Brennstoff-oder im Abgasstrom des Heizgerätes liegt.
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Bei Zusatzheizvorrichtungen der vorliegend betrachteten Art erfolgt
die Verbrennungsluftzufuhr in der Regel mittels eines Luftfördergebläses, dessen
Drehzahl von dem Wert der fahrzeugeigenen Versorgungsspannung abhängt. Wenn die
Versorgungs spannung sinkt, nimmt die Brennluftzufuhr ab. Um ein konstantes Mischungsverhältnis
von Verbrennungsluft und Brennstoff aufrechtzuerhalten, ist es erwünscht, in einem
solchen Fall auch die Brennstoffzufuhr entsprechend zu senken. Dies läßt sich vorzugsweise
dadurch erreichen, daß dem Steuer-und Impulsgebergerät ein Spannungsfühler vorgeschaltet
ist.
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Um Viskositätsschwankungen des Brennstoffs entgegenzuwirken, kann
dem Magnetventil zweckmäßig eine Vorwärmeinrichtung zugeordnet sein. Dafür eignet
sich ein auf dem Magnetventil sitzender, eigener Heizkörper. Stattdessen oder zusätzlich
kann die Magnetspule des Magnetventils als Vorwärmeinrichtung ausgenutzt sein.
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Vorzugsweise ist zur Speisung des Magnetventi.ls mit Brennstoff eine
elektromagnetische Membranpumpe vorgesehen. Eine solche Pumpe erlaubt es auf besonders
einfache Weise, einen weitgehend konstanten Brennstoffdruck aufrechtzuerhalten.
Grundsätzlich kann jedoch auch mit anderen kontinuierlich fördernden Pumpen gearbeitet
werden. Allerdings ist dann gegebenenfalls zusätzlich ein Druckregler notwendig.
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Insbesondere kann zur Speisung des Magnetventils mit Brennstoff eine
fahrzeugeigene Kraftstoffpumpe mit Druckregler an das Magnetventil angeschlossen
sein. Zwecks weiterer Ausnutzung fahrzeugeigener Komponenten kann die in eine Brennkammer
des Heizgerätes ragende Zündvorrichtung an einen zusätzlichen Ausgang der fahrzeugeigenen
Zündvorrichtung angeschlossen sein.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausffihrungsbe
ispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen Fig. 1 einen Teil
der Zusatzheizvorrichtung nach der Erfindung in Verbindung mit verschiedenen kraftfahrzeugeigenen
Komponenten, Fig. 2 eine erste Ausführungsform der mit der Baueinheit gemäß Fig.
1 zu verbindenden weiteren Teile der erfindungsgemäßen Zusatzheizvorrichtung, und
Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform der an die Baueinheit nach Fig. 1 angeschlossenen
weiteren Teile der Zusatzheizvorr ichtung.
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In Fig. 1 ist bei 1 schematisch ein herkömmlicher Kraftfahrzeugmotor
mit Zündkerze 2, Einlaßventil 3 und Einspritzventil 4 angedeutet. Ein Luft/Brennstoff-Gemisch
wird in den Brennraum 5 des Motors 1 In üblicher Weise über ein Saugzohr 6 und einen
Stutzen 7 eingeführt. Kraftstoff wird von einem Tank 8 über eine Leitung 9 und ein
Kraftstoffhauptfilter 10 von einer Kraftstofförderpumpe 11 angesaugt
und
über ein Feinfilter 12 sowie eine Einspritzleitung 13 dem Einspritzventil 4 zugeführt.
Die Einspritzleitung 13 steht über eine Leitung 14 mit einem Druckregler 15 in Verbindung,
der den Kraftstoffdruck auf einem vorgegebenen konstanten Wert hält. Überschüssiger
Kraftstoff gelangt von der Förderpumpe 11 und vom Druckregler 15 über Leitungen
16, 17 zum Tank 8 zurück.
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Über eine Zweigleitung 18 und ein Kaltstartventil 19 kann für den
Kaltstart zusätzlich Kraftstoff in das Saugrohr 6 eingespritzt werden. Die Ventile
4 und 19 werden von einem kraftfahrzeugeigenen elektrischen Steuergerät 20 aus über
Steuerleitungen 21, 22 angesteuert. Die Zündkerze 2 ist an eine mit dem Steuergerät
20 verbundene Zündspule 23 angeschlossen. Die insoweit beschriebene Anordnung ist
konventionell und bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung.
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Das in Fig.2 veranschaulichte Heizgerät 25 weist einen Brenner 26
mit Brennrohr 27 und Brennkammer 28 auf. Ein elektromotorisch angetriebenes Verbrennungsluftgebläse
29 ist mit zwei Auslässen 30, 31 versehen, von denen der eine an eine Zuleitung
32 für Primärluft und der andere an eine Zuleitung 33 für Sekundärluft angeschlossen
ist. Eine einen konstanten Förderdruck aufweisende Brennstoffpumpe 34, insbesondere
eine Membranpumpe, ist eingangsseitig über eine Zulaufleitung 35 an die Leitung
9 zwischen Tank 8 und Hauptfilter 10 angeschlossen (Fig. 1). Die Pumpe 34 ist vorzugsweise
elektrisch angetrieben. Die Stromzufuhr erfolgt über eine Leitung 36 von einem Steuer-und
Impulsgebergerät 37 (Fig. 1). In der Auslaßleitung 38 der Brennstoffpumpe 34 liegt
ein Einspritzventil 40, das in der Zuleitung 32 für Primäriuft mündet. Bei dem Einspritzventil
40 handelt es sich vorzugsweise um ein konventionelles Kraftfahrzeugeinppritzventil,
das über eine Steuerleitung 41 von dem Steuer-und Impulsgebergerät 37 zum intermittierenden
Öffnen veranlaßt wird.
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Das Heizgerät 25 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Wasserheizgerät
mit einer Wasserpumpe 42 veranschaulicht: die zu erhitzendes Wasser über einen Wasser
einlaßstutzen 43 in einen Wassermantel 44 des Heizgeräts 25 einspeist. Das beim
Durchlaufen des Wassermantels 44 erhitzte Wasser verläßt das Heizgerät am brennerseitigen
Ende über einen nicht dargestellten Auslaßstutzen. Das Heizgerät 25 ist in herkömmlicher
Weise mit einem Brennerwächter 45, mindestens einem Regelthermostaten 46 und einem
Überhitzungsschutz 48 ausgestattet. Der Regelthermostat 46, ist über eine Steuerleitung
49 mit dem Steuer-und Impulsgebergerät 37 verbunden, um in Abhängigkeit von der
mittels des Thermostaten erfaßten Temperatur Uber das Gerät 37 die Taktfrequenz
und/oder
das Taktverhältnis für das Öffnen des Einspritzventils 40 entsprechend einzustellen.
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Im Betrieb wird das Einspritzventil 40 der Zusatzhelzvorrichtung von
der Brennstoffpumpe 34 ständig mit Brennstoff von im wesentlichen konstantem Druck
im Überschuß beaufschlagt. Unter "im Überschuß" soll dabei verstanden werden, daß
bei ständiger Öffnung des Einspritzventils 40 die dem Heizgerät 25 zugeführte Brennstoffmenge
übermäßig groR wäre. Das Einspritzventil 40 wird mit Hilfe von Steuerimpulsen des
Steuer-und hpulsgebergeräts 37 intermittierend aufgesteuert, wodurch in die Primärluftzuleitung
32 Brennstoff pulsierend eingespeist wird. Dadurch gelangt über die Zuleitung 32
ein Luft/Brennstoffgemisch zu einem Einlaßstutzen 50 des Brenners 26. Dieses Gemisch
tritt unmittelbar in das Brennrohr 27 ein und wird mittels einer Glühzündkerze 51
gezündet. Die Glühzündkerze 51 kann, wie veranschaulicht, über eine Leitung 24 an
einem zweiten Ausgang der Zündspule 23 angeschlossen sein. Sekundäre Verbrennungsluft
gelangt über die Zuleitung 33 und einen Einlaßstutzen 52 in einen Ringraum 53 des
Brenners 26, um von dort über Öffnungen 54 in das Brennrohr 27 einzutreten. Die
Abgase werden an dem vom Brenner 26 abliegenden Ende in der durch den Pfeil 55 angedeuteten
Weise umgelenkt. Sie durchströmen einen Abgasmantel 56 und verlassen das Heizgerät
25 schließlich über einen Abgasstutzen 57.
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Der Druck, mit dem das Einspritzventil 40 mit Brennstoff beaufschlagt
wird, ist vorzugsweise relativ hoch, um eine Gasblasenbildung weitgehend zu verhindern.
Drücke im Bereich von 0, 5 bis 8 bar erwiesen sich beispielsweise als zweckmäßig.
Die Brennstoffdosierung für das Heizgerät 25 erfolgt durch die Öffnungsfrequenz
und/oder das Öffnungs/Schließ-Verhältnis des Einspritzventils 40 mittels der vom
Steuer-und lmpulsgebergerät 37 über die Steuerleitung 41 angelieferten Steuerimpulse.
Um dabei Temperaturschwankungen des Brennstoffes und dadurch bedingten Viskositätsänderungen
Rechnung tragen zu können, ist zweckmäßig das Steuer-und Impulsgebergerät 37 über
eine Sensorleitung 58 an einen Temperaturfühler 59 angeschlossen, der an beliebiger
Stelle des Brenn-bzw. Kraftstoffkreises, beispielsweise in einer Brennstoffzweigleitung
60, liegt. Des weiteren ist das Steuer-und Impulsgebergerät 37 vorzugsweise derart
ausgelegt, daß es bei Schwankungen der fahrzeugeigenen Versorgungsspannung, die
zu Änderungen der vom Verbrennungsluftgebläse 29 geförderten Verbrennungsluftmenge
führen,
durch Änderung der Taktfrequenz und/oder des Taktverhältnisses der Steuerimpulse
des Einspritzventils 40 für eine entsprechende Drosselung oder Steigerung der dem
Heizgerät 25 zugehenden Brennstoffmenge sorgt.
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Dadurch, daß die Brennstoffeinspritzung in die Luftzuleitung 32 erfolgt,
werden die Brennstoffimpulse weitgehend ausgeglichen. Der Brenner 26 wird mit einem
relativ gleichmäßigen Gemisch aus Brennstoff und Primärluft beaufschlagt. Es versteht
sich, daß die Verbrennung um so gleichmäßiger erfolgt, je höher die Öffnungsfrequenz
des Einspritzventils 40 ist. Die notwendige Mindestfrequenz ist vom im Einzelfall
gewählten Aufbau des Heizgeräts 25 abhängig Geeignete Mindestfrequenzen liegen bei
den bisher untersuchten Geräten beispielsweise in der Größenordnung von 0,5 bis
10 Hz.
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Infolge der Verwendung einer eigenen Brennstoffpumpe 34 läßt sich
die erläuterte Zusatzheizvorrichtung unabhängig davon betreiben, ob der Kraftfahrzeugmotor
läuft oder nicht und ob dementsprechend die Förderpumpe 11 arbeitet.
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Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform kann für einen vom
Kraftfahrzeugmotor unabhängigen Betrieb der Zusatzheizvorrichtung auch ohne eigene
Brennstoffpumpe 34 dadurch gesorgt werden, daß das Einspritzventil 40 unmittelbar
an die Brennstoffzweigleitung 60 (Fig. 1) angeschlossen wird, die zwischen der Auslaßseite
der Förderpumpe 11 und dem Druckregler 15 vom Kraftstofförderkreis abgeht, und daß
die Förderpumpe 11 über eine Steuerleitung 61 von dem Steuer-und Impulsgebergerät
37 angesteuert wird.
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Bei der weiter abgewandeltenAusführungsform nach Fig. 3 mündet die
Auslaßseite des E inspritzventils 40 in eine Vorkammer 65 vor dem im Brennrohr 27
befindlichen Verbrennungsraum. Die Vorkammer 65 dient ähnlich wie die Zuleitung
32 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 der Vergleichmäßigung der Verbrennung trotz
pulsierender Brennstoffeinspeisung. Verbrennungsluft wird in diesem Fall von einem
Gebläse 66 über eine Zuleitung 67 in einen Einlaßstutzen 68 eingebracht. Die Verbrennungsluft
teilt sich dann in einen Primärluftstrom 69 und einen Sekundärluftstrom 70 auf.
Letzterer durchströmt wieder die Öffnungen 54 des Brennrohrs 27. Der Einlaß des
Einspritzventils 40 ist in der in Verbindung mit der Ausführungsform nach Fig. 2
geschilderten Weise entweder an eine aus der Zuleitung 35 gespeiste eigene Brennstoffpumpe
34 oder an die Brennstoffzweigleitung 60 angeschlossen. Der Temperaturfühler 59
liegt bei diesem Ausführungsbeispiel in der Abgasleltung (Abgasstutzen 57).
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Vom Kraftfahrzeugmotor abhängige Ausführungsformen werden bei den
Ausführungsbeispielen nach den Figuren 2 und 3 dann erhalten, wenn das Einspritzventil
40 mit der Brennstoffzweigleitung 60 verbunden, aber für die Förderpumpe 11 keine
Ansteuerung von dem Steuer-und Impulsgebergerät 37 vorgesehen wird (Wegfall der
Steuerleitung 41).
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Viskositätsschwankungen kann im übrigen auch dadurch begegnet werden,
daß das Einspritzventil 40 mit einer Vorwärmeeinrichtung ausgerüstet wird. Zur Vorwårmung
kann ein auf dem Einspritzventil 40 sitzender, eigener Heizkörper vorhanden sein,
wie er bei 71 angedeutet ist. Zur Vorwärmung läßt sich aber auch die Magnetspule
72 des Einspritzventils 40 ausnutzen.
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Die beschriebene Zusatzheizvorrichtung läßt sich bei entsprechender
Abwandlung auch für eine Abgasnachverbrennung einsetzen. Von besonderem Vorteil
ist die weitgehende Nutzbarkeit von fahr zeuge Igenen Komponenten.
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