DE3736690A1 - Geraet zur steuerung der verbrennung in einer heizung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Steuerung der Verbrennung in einer Heizung. Sie befaßt sich insbe­ sondere mit einem Gerät dieser Art, das die Verbrennungs­ bedingungen von Kraftstoff in einer solchen Heizung regelt.

Der Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs wird geheizt, indem man warme Luft zuführt, die durch das Kühlwasser des Fahrzeugmotors erwärmt wird. Bei niedrigen Außen­ temperaturen bedarf es jedoch einiger Zeit, bis die Temperatur des Kühlwassers ansteigt, so daß es nicht möglich ist, den Fahrgastraum rasch zu heizen.

Die japanische Offenlegungsschrift 61-15 74 22 beschreibt eine Fahrzeug-Heizungsanlage, bei der der Kraftstoff in einem von der Brennkraftmaschine getrennten Brenner verbrannt wird und die durch die Kraftstoffverbrennung gewonnene Wärme dazu verwendet wird, dem Fahrgastraum über einen Wärmetauscher erwärmte Luft zuzuführen. Der Brenner wird dabei in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors gesteuert. Bei dieser bekannten Fahrzeugheizanlage verwendet man eine Steuereinrichtung mit einer Brückenschaltung und einem Komparator zur Steuerung der zugeführten elek­ trischen Energie, um auf diese Weise die Temperaturen einer Zerstäubungsglühkerze und einer Zündungs-Glüh­ kerze in dem Brenner auf entsprechenden vorbestimmten Temperaturniveaus zu halten.

Bei der durch die genannte Offenlegungsschrift bekannt gewordenen Fahrzeugheizanlage werden die Temperaturen der Zerstäubungs- und Zündungs-Glühkerzen in der beschrie­ benen Weise auf die entsprechenden Temperaturniveaus geregelt. Fallsjedoch der Betrieb des Brenners in Folge eines Motorfehlers oder dergleichen unterbrochen wird und von neuem gezündet werden soll, steht nur ein einziger Neuzündungs-Modus zur Verfügung, der die verschiedenen Zündverhalten der Kraftstoffe nicht berücksichtigt. Falls die Brennertemperatur niedrig ist oder ein Kraftstoff geringer Qualität verwendet wird, ist eine Neuzündung nicht möglich, so daß die Verbrennung unterbrochen bleibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zur Steuerung der Verbrennung in einer Heizung anzugeben, das eine zuverlässige Neuzündung von Kraftstoffen mit unterschiedlichen Zerstäubungseigenschaften ermöglicht, indem die Verbrennungssteuerung beim Neuzündungs-Modus an die Kraftstoffeigenschaften angepaßt wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Gerät mit den Merkmalen des Anspruchs gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, auf die hiermit verwiesen wird.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Geräts zur Steuerung der Verbrennung in einer Heizung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 (A) und 2 (B) zeigen Flußdiagramme, der Betätigungs­ folge des Geräts von Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Einlaßkrümmer 10 dargestellt, der über ein Einlaßrohr 3 mit einem Luftfilter 2 verbunden. In dem Einlaßrohr 3 sind ein Brenner 4 zum Verbrennen von Kraftstoff und ein Wärmetauscher 5 angeordnet, wobei letzterer sich strom­ abwärts des Brenners 4 befindet. Das Einlaßrohr 3 ist von einer Überbrückungsleitung 31 überbrückt, die das Luftfilter 3 unter Umgehung des Brenners 4 und des Wärmetauschers 5 direkt mit der Brennkraftmaschine 1 verbindet. Der Brenner 4 besitzt einen Einlaß, in dem sich ein Verbrennungsgebläse 41 befindet, das Verbrennungs­ luft in den Brenner 4 fördert. Der Brenner 4 besitzt eine Zerstäubungs-Glühkerze 42, die als Zerstäubungsvorrichtung zum Erwärmen und Zerstäuben von zugeführtem Kraftstoff dient, ferner eine Zünd-Glühkerze 43, die als Zündvor­ richtung zum Zünden des zerstäubten Kraftstoffs dient, sowie einen Flammsensor 44, der als Detektor zur Erfassung der Temperatur in dem Brenner 4 dient. Der Flammsensor 44 besitzt einen Widerstandsdraht mit positivem Widerstands- Temperaturkoeffizienten. Die Verbrennungstemperatur in dem Brenner läßt sich mit einer (weiter unten beschrie­ benen) elektronischen Steuereinheit erfassen, die den Widerstandswert des Flammsensors 44 auswertet.

Die Kraftstoffzufuhr zu dem Brenner 4 erfolgt durch eine Kraftstoffpumpe 45 und ein Kraftstoff-Steuerventil 46 über die durch die Zerstäubungs-Glühkerze 42 erwärmte Zerstäubungsvorrichtung. Die Menge des zugeführten Kraft­ stoffs wird durch ein Befehlssignal einer elektronischen Steuereinheit 6 gesteuert, die das Tastverhältnis des Kraftstoff-Steuerventils 46 regelt, mit dem dieses geöffnet und geschlossen wird. Der der Zerstäubungs- Glühkerze 42 zugeführte elektrische Strom wird in seinem Einschalt-Ausschalt-Zyklus durch ein Steuersignal der elektronischen Steuereinheit 6 gesteuert. Die Temperatur, auf welche die Zerstäubungs-Glühkerze 42 aufgeheizt wird, kann entsprechend den Zerstäubungs-Eigenschaften des Kraftstoffs gesteuert werden.

Mit dem Wärmetauscher 5 ist ein Wärmetauscher-Sensor 51 verbunden, der dessen Innentemperatur erfaßt. Die durch einen Lufteinlaß 53 eingeführte und durch die in dem Wärmetauscher 5 rückgewonnene Wärme erhitzte Luft wird durch ein Warmluftgebläse 52 über einen Auslaß 54 in den Fahrgastraum des Fahrzeugs geleitet. Dem Auslaß 54 ist ein Warmluft-Temperatursensor 55 zugeordnet, der die Temperatur der zugeführten Warmluft mißt.

Im folgenden sei die Funktion des Brenners 4 und des Wärmetauschers 5 erläutert. Der Kraftstoff, der von der Kraftstoffpumpe 45 über das Kraftstoff-Steuerventil 46 der Zerstäubungs-Glühkerze 42 zugeführt wird, wird von dieser zerstäubt, nachdem sie zuvor durch elektrische Energie erwärmt wurde. Der zerstäubte Kraftstoff wird in den Brenner 4 verspritzt. Er wird hier mit Luft zu einem brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisch vermischt. Die erforderliche Luft wird mit Hilfe des Gebläses 41 von dem Luftfilter 2 zugeführt. Das brennbare Luft-Kraftstoff- Gemisch wird dann durch die mit Energie beaufschlagte Zünd-Glühkerze 43 entzündet. Die Flammen ergeben Brenn­ gase hoher Temperatur, die dem Wärmetauscher 5 zugeführt werden. In letzterem wird die durch den Lufteinlaß 43 eingeführte Luft durch die Wärme der verbrannten Gase erhitzt und über den Auslaß 54 in die Fahrgastkabine abgegeben, um deren Innenraum aufzuheizen.

Mit 71 ist ein Heizungskern bezeichnet, der über eine Heißwasserleitung 74 mit der Brennkraftmaschine 1 ver­ bunden ist. Mit 72 ist ein Verdunster bezeichnet und mit 73 ein Gebläse für den Heizungskern 71. Diese Teile sind Komponenten einer herkömmlichen Heiz- und Klima­ anlage, die von der Temperatur des Kühlwassers Gebrauch macht.

Mit 11 ist ein von der Brennkraftmaschine 1 angetriebener Generator bezeichnet, mit 12 ein Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Kühlwassers und mit 13 ein Lastsensor zur Erfassung des Belastungszustands der Brennkraftmaschine 1. Die Detektorsignale des Wasser­ temperatursensors 12 und des Lastsensors 13 werden der elektronischen Steuereinheit 6 zugeführt.

Die elektronische Steuereinheit 6 besteht aus einem Mikrocomputer mit einer Zentralprozessoreinheit zur Durchführung arithmetischer Operationen und zum Zählen der Betriebszeit auf der Basis von Lesesignalen, ferner mit verschiedenen Speichern zur Speicherung der Ergebnisse der arithmetischen Operationen und eines Steuerprogramms zur effizienten Steuerung des Brenners, sowie mit Eingabe-Ausgabe-Einrichtungen zur Aufnahme verschiedener Lesesignale und zur Ausgabe von Befehlen für die Betätigungsmechanismen. Die elektronische Steuereinheit 6 ist mit dem Flammsensor 44, dem Wärme­ tauschersensor 51, dem Wassertemperatursensor 12, dem Warmlufttemperatursensor 55, dem Lastsensor 13, einem Heizungs-Positionsschalter 61, einem Betätigungs­ schalter 62, einem Kraftstoff-Wahlschalter 63 und einem Kerzenwiderstandsdetektor 64 verbunden und nimmt von diesen Sensoren und Schaltern Eingangssignale auf.

Der Kerzenwiderstandsdetektor 64 ist Bestandteil einer Schaltung zur Energiebeaufschlagung der Zünd-Glühkerze 43 und ermittelt die Temperaturen der Zünd-Glühkerze 43 aus deren Widerstandswert, in dem er den durch sie schließen­ den Strom mißt, der wegen der temperaturabhängigen Wider­ standscharakteristik ein Maß für die Temperatur ist.

Die elektronische Steuereinheit 6 ist ferner mit einer Schaltervorrichtung 8 zur Steuerung der verschiedenen Betätigungsmechanismen verbunden und liefert über diese Schaltervorrichtung 8 neue Befehle zu dem Warmluftge­ bläse 52, der Kraftstoffpumpe 45, dem Kraftstoffstreu­ ventil 46, der Zerstäubungs-Glühkerze 42, dem Brenner­ gebläse 41, der Zündungs-Glühkerze 43 und einem Not­ schalter 65.

Mit 66 ist ein Schlüsselschalter, mit 67 ein Anlasser­ motor und mit 68 eine Batterie bezeichnet. Wenn der Schlüsselschalter 66 in Startposition gedreht wird, wird der Anlassermotor eingeschaltet, um die Brenn­ kraftmaschine 1 zu starten. Ferner wird ein Start­ signal an die elektronische Steuereinheit 6 gegeben.

Fig. 2 (A) und 2 (B) zeigen ein Flußdiagramm einer Arbeitsfolge des erfindungsgemäßen Geräts zur Steuerung der Verbrennung. Im folgenden sei die Funktion des Geräts unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 2 (A) und 2 (B) erläutert:

Der Schlüsselschalter 26 wird eingeschaltet, um der elektronischen Steuereinheit 6 elektrische Energie von der Batterie 68 zuzuführen. Sodann wird der Schlüssel­ schalter 66 in die Startposition weitergedreht, wodurch der Anlassermotor eingeschaltet und die Brennkraftmaschine 1 gestartet wird (S 1). In einem Schritt S 2 wird dann die Kühlwassertemperatur T _W von dem Wassertemperatur­ sensor 6 abgelesen. Es wird festgestellt, ob die Kühl­ wassertemperatur einen vorbestimmten Wert T ₁ erreicht hat, bei dem das Kühlwasser für das Heizen des Fahrgastraums verwendbar ist. Falls die Kühlwassertemperatur unter diesem Wert T ₁ liegt, geht die Steuerung von dem Schritt S 2 zu einem Schritt S 3 über. In dem Schritt S 3 wird die Position des Kraftstoff-Wählschalters 63 geprüft, der von den Zerstäubungseigenschaften des verwendeten Kraftstoffes abhängig ist. Falls der Kraftstoff-Wählschalter 63 in einer Position (I) befindet, die einer guten Zer­ stäubungseigenschaft entspricht, geht die Steuerung zu einem Schritt S 4 über. Falls der Kraftstoff-Wählschalter 63 sich hingegen in einer Position (II) befindet, die schlechte Zerstäubungseigenschaft kennzeichnet, geht die Steuerung zu einem Schritt S 8 über.

In dem Schritt S 8 wird der Widerstandswert R der Zündungs-Glühkerze 43 geprüft. Dies geschieht auf der Basis eines von dem Kerzenwiderstandsdetektor 64 gelieferten Signals. Falls der Widerstandswert R größer ist als ein vorgeschriebener Widerstandswert R ₁, d. h. falls die Temperatur in dem Brenner 4 aufgrund der Nach­ erwärmung hoch ist, geht die Steuerung zu einem Schritt S 7 über, in welchem die Zündungs-Glühkerze 43 mit Energie beaufschlagt wird. Da bei hoher Temperatur des Brenners 4 der Kraftstoff durch die in dem Brenner vorhandene Wärme zerstäubt wird und auch bei nicht geheizter Zerstäubungs-Glühkerze 42 gut gezündet werden kann, geht die Steuerung zu einem Schritt S 13 über, ohne daß die Zerstäubungs-Glühkerze 42 mit Energie beaufschlagt wird.

Falls der Widerstandswert R in dem Schritt S 4 kleiner ist als R ₁, wird die Zündungs-Glühkerze 43 in einem Schritt S 5 eingeschaltet, da davon ausgegangen wird, daß die Temperatur in dem Brenner 4 niedrig ist. Die Zer­ stäubungs-Glühkerze 42 wird dann in einem Schritt S 6 normal mit Energie beaufschlagt und aufgeheizt.

Falls die Steuerung von dem Schritt S 3 zu dem Schritt S 8 übergeht, weil der verwendete Kraftstoff schlechte Zerstäubungseigenschaften besitzt, wird der Widerstands­ wert der Zünd-Glühkerze 43 geprüft, um die Temperatur in dem Brenner 4 festzustellen. Falls die Temperatur in dem Brenner 4 hoch ist, geht die Steuerung von dem Schritt S 8 zu einem Schritt S 11 über, in welchem die Zündungs- Glühkerze 43 eingeschaltet wird, und dann zu einem Schritt S 12, in welchem die Zerstäubungs-Glühkerze 42 normal mit Energie beaufschlagt wird. Deshalb kann der Kraft­ stoff mit schlechten Zerstäubungseigenschaften gut zer­ stäubt werden. Falls in dem Schritt S 8 festgestellt wird, daß der Widerstandswert der Zündungs-Glühkerze 43 niedrig ist, was anzeigt, daß die Brennertemperatur niedrig ist, wird die Zündungs-Glühkerze 43 eingeschaltet (Schritt S 9). Sodann wird in einem Schritt S 10 eine Schnellsteuerung ausgeführt, um die Zerstäubungs-Glühkerze 52 auf eine Temperatur aufzuheizen, die über Normal-Temperatur liegt, da der zugeführte Kraftstoff andererseits nicht genügend zerstäubt würde. Die Steuerung geht dann zu einem Schritt S 13 über.

In dem Schritt S 13 wird das Kraftstoff-Steuerventil 46 geöffnet, so daß dem Brenner 4 über die Zerstäubungs- Glühkerze 42 Kraftstoff zugeführt wird. Außerdem wird das Brennergebläse 41 eingeschaltet, so daß dem Brenner 4 zwangsweise Verbrennungsluft zugeführt wird. Falls der Schlüsselschalter 66 sich in einem Schritt S 14 in Startposition befindet, in einem Schritt S 15 die von dem Last-Sensor 13 ermittelte Motor-Belastung L unter einem vorgeschriebenen Lastpegel La liegt, in einem Schritt S 16 der Heizungs-Positionsschalter 61 eingeschaltet ist und falls in einem Schritt S 17 die von dem Wärmetauscher­ sensor 51 ermittelte Temperatur T _HE des Wärmetauschers größer ist als eine vorgeschriebene Temperatur T _S , geht die Steuerung zu einem Schritt S 18 über, in welchem das Warmluftgebläse 52 eingeschaltet wird, so daß die Luftzufuhr beginnt. Falls der Schlüsselschalter 66 in dem Schritt S 14 sich nicht in Startposition befindet, die Motorlast in dem Schritt S 15 höher liegt als der Lastpegel La, der Heizungs-Positionsschalter 61 in dem Schritt S 16 ausgeschaltet ist, oder falls die Temperatur des Wärmetauschers in dem Schritt S 17 niedriger ist als die vorgeschriebene Temperatur, schreitet die Steuerung zu einem Pfad B, um die Funktion des Brenners zu stoppen.

Nachdem das Warmluftgebläse 52 in dem Schritt S 18 betätigt wurde, wird in einem Schritt S 19 die Betriebs­ zeit des Brenners abgezählt. In einem Schritt S 20 wird dann ein Signal T _FS des auf dem Brenner 4 angeordneten Flammsensors 44 geprüft. Falls die Brennertemperatur höher ist als eine vorbestimmte Temperatur T, geht die Steuerung zu einem Schritt S 25 über, da die Verbrennungs­ bedingung gut ist. Falls die Brennertemperatur hingegen niedriger ist als die Temperatur T, geht die Steuerung zu einem Schritt S 21 über, in dem eine vorgeschriebene Betriebszeit auf N gesetzt wird. Falls in einem Schritt S 22 festgestellt wird, daß die Betriebszeit N gleich oder größer ist als 3 N, wird ein Fehlersignal erzeugt. Dieses zeigt an, daß der Notschalter 65 auszuschalten ist (Schritte S 23 und S 24).

Falls die Zeit ts, während der der Brenner 4 arbeitet und den Kraftstoff verbrennt, größer ist als eine vorgeschriebene Zeit t (Schritt S 25) geht die Steuerung zu einem Schritt S 32 über, da angenommen wird, daß die Verbrennungsbedingungen stabil sind. Falls die Zeit ts die Zeit t nicht erreicht, d. h. unmittelbar nachdem die Neuzündung begonnen hat, wird die Kraftstoffpumpe 45 in einem Schritt S 26 so gesteuert, daß sie Kraftstoff zuführt, und das Brennergebläse 41 wird in einem Schritt S 27 so gesteuert, daß es Verbrennungsluft zuführt und damit die Verbrennung in dem Brenner 4 aktiviert. Diese Vorgänge werden berechnet und eine von dem Flammsensor 44 abgegebenes Signal R _F wird geprüft (Schritte S 28 und S 29). Das Signal R _F des Flammsensors 44, das der Temperatur in dem Brenner 4 entspricht, wird mit einer vorgeschriebenen Temperatur R ₀ verglichen. Falls das Signal R _F größer ist als R ₀, wird ein vorbestimmter Basis-Neuzündungsmodus I ausgewählt, weil die Verbrennung in dem Brenner 4 gut verläuft und der Kraftstoff leicht neu gezündet werden kann (Schritt S 30). Falls das Signal R _F kleiner ist als R ₀, weil der Kraftstoff, möglicherweise aufgrund einer abweichenden Kraftstoffqualität, sich weniger gut neu zünden läßt, wird ein Neuzündungsmodus II ausgewählt, bei dem die Temperaturen der Zerstäubungs-Glühkerze 42 und der Zündungs-Glühkerze 43 erhöht werden, um das Neuzünden des Kraftstoffs zu erleichtern (Schritt S 31).

In dem Schritt S 32 wird ein Signal von dem Heizungspositions­ schalter 61, der auf eine gewünschte Heizungstemperatur eingestellt wurde, ausgelesen. Falls der Heizungspositions­ schalter 61 sich in der ersten Position befindet, wird das Kraftstoffsteuerventil 46 in einem Schritt S 33 mit einer ersten Durchflußrate gesteuert. Falls der Heizungs­ positionsschalter 61 sich in der zweiten Position befindet, werden das Warmluftgebläse 52, das Brennergebläse 41 und das Kraftstoffsteuerventil 46 mit einer zweiten Durch­ flußrate gesteuert, um die Luft- und Kraftstoffzufuhr zu dem Brenner 4 sowie die Warmluftabgabe des Wärmetauschers 5 zu vergrößern und damit die Temperatur in dem Fahrgastraum zu erhöhen (Schritte S 34 bis S 37).

Falls der Heizungspositionsschalter 61 sich in dem Schritt S 34 in der dritten Position befindet, werden das Warmluftgebläse 52, das Brennergebläse 41 und das Kraftstoffsteuerventil 46 durch die Schalteranordnung 8 mit einer dritten Durchflußrate derart gesteuert, daß Warmluft über den Auslaß mit Maximalbetrieb in den Fahrgastraum gefördert wird (Schritte S 38 bis S 40).

Falls in einem Schritt S 41 festgestellt wird, daß die Temperatur T _A der abgegebenen Warmluft höher liegt als vorgeschriebene Warmlufttemperaturen T ₄, die der ersten, zweiten und dritten Kraftstoff-Durchflußrate entsprechen, geht die Steuerung zu den Schritten S 42, S 43, S 44 über, in denen der Betrieb des Brennergebläses 41, des Warm­ luftgebläses 52 und der Kraftstoffpumpe 45 zeitweilig unterbrochen wird. Sodann kehrt die Steuerung zu dem Schritt S 2 zurück. Danach wird der vorangehend beschriebene Durchgang wiederholt.

Bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Verbrennungszustand in dem Brenner entsprechend dem elektrischen Widerstand des dem Brenner zugeordneten Flammsensors während des Betriebs der Heizung geprüft, um einen Neuzündungsmodus auszuwählen. Die Zerstäubungs- Glühkerze und die Zündungs-Glühkerze werden in dem ausgewählten Neuzündungsmodus derart gesteuert, daß eine zuverlässige Neuzündung des Kraftstoffs selbst dann möglich ist, wenn es sich um Kraftstoff geringer Qualität handelt.

Claims (4)

1. Gerät zur Steuerung der Verbrennung in einer Heizung mit einem Brenner mit einer Zerstäubungsvorrichtung zur Zerstäubung von zugeführtem Kraftstoff und einer Zündvorrichtung zum Zünden des von der Zerstäubungs­ vorrichtung zerstäubten Kraftstoffs,
gekennzeichnet durch
eine Detektoreinrichtung zur Erfassung der Temperatur in dem Brenner,
eine Wählvorrichtung zur Auswahl eines Neuzündungs­ modus auf der Basis eines von der genannten Detektor­ einrichtung gelieferten Signals
sowie eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Zer­ stäubungs- und/oder der Zündvorrichtung in dem von der genannten Wähleinrichtung ausgewählten Neu­ zündungsmodus.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung einen Widerstandsdraht mit einem positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten besitzt.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungseinrichtung eine Zerstäubungs- Glühkerze zum Aufheizen des Kraftstoffs umfaßt.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündungsvorrichtung eine Glühkerze umfaßt, die durch die Zuführung elektrischer Energie auf­ heizbar ist.