DE102008012455A1

DE102008012455A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugheizgeräts

Info

Publication number: DE102008012455A1
Application number: DE102008012455A
Authority: DE
Inventors: Stefan Kunz; Michael Nothen
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2008-03-04
Publication date: 2009-09-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugheizgeräts (10), das zum Beheizen eines Fahrzeuginnenraums (22) mittels eines flüssigen Wärmeträgers in wenigstens zwei Heizleistungsstufen (P10-3, P10-2, P10-1) betreibbar ist, mit einem Fahrzeuggebläse (23) zur Förderung von durch den flüssigen Wärmeträger erwärmter Heizluft zum Fahrzeuginnenraum (22), mit einer Bordbatterie (32) zum Bereitstellen elektrischer Energie für den Betrieb des Fahrzeugheizgeräts (10) und des Fahrzeuggebläses (23) und mit einem Steuergerät (30) zur Ansteuerung des Fahrzeugheizgeräts (10) und des Fahrzeuggebläses (23), dem eine Einrichtung zur Überwachung der Betriebsspannung der Bordbatterie (32) zugeordnet ist. Ein guter Schutz der Bordbatterie (32) vor einer Unterspannung, verbunden mit einer optimalen Nutzung der bereits produzierten Wärme, wird dadurch geschaffen, dass bei einem Betrieb des Fahrzeugheizgeräts (10) beim Unterschreiten einer ersten Schaltschwelle (S1) der Betriebsspannung der Bordbatterie (32) das Steuergerät (30) das Fahrzeuggebläse (23) abschaltet und dass bei einem Unterschreiten einer zweiten Schaltschwelle (S2), die niedriger ist als die erste Schaltschwelle (S1), das Steuergerät das Fahrzeugheizgerät (10) in dessen kleinste Heizleistungsstufe (P10-1) schaltet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugheizgeräts gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 8.
Aus der DE 1 816 218 U1 ist ein einfaches Verfahren und eine einfache Vorrichtung zum Schutz der Bordbatterie vor einer Unterspannung bekannt, bei der mittels eines Relais bei einem Absinken der Bordspannung unter ein bestimmtes Niveau ein Start eines Fahrzeugheizgeräts unterbunden oder ein bereits eingeleiteter Betrieb des Fahrzeugheizgeräts unterbrochen wird. Die Erwärmung des Fahrzeuginnenraums wird dadurch schlagartig beendet und der Fahrzeuginnenraum kühlt dabei sehr rasch aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bordbatterie vor einem zu starken Absinken der Betriebsspannung zu schützen, dabei aber zugleich einen optimalen Nutzen aus einem bereits begonnenen Betrieb eines Fahrzeugheizgeräts für eine Beheizung des Fahrzeuginnenraums zu ziehen.
Die Erfindung sieht im Kern vor, dass das Verfahren bzw. die Vorrichtung zur Steuerung des Fahrzeugheizgeräts den Abschaltvorgang in wenigstens zwei Stufen unterteilen. Dabei wird in einer ersten Stufe beim Unterschreiten einer ersten Schaltschwelle der Spannung der Bordbatterie zunächst das Fahrzeuggebläse ausgeschaltet, da dieses für seinen Betrieb sehr viel elektrische Energie benötigt und die Batterie entsprechend stark belastet. Das Kühlwasser des Fahrzeugs wird durch das weiter laufende Fahrzeugheizgerät dagegen weiterhin beheizt und stellt dem Fahrzeuginnenraum im Falle eines Startens des Fahrzeugmotors und dem damit wieder aufgenommenen Betrieb des Fahrzeuggebläses sofort eine ausreichende Wärmemenge zur Verfügung.
In einer zweiten Stufe wird beim Unterschreiten einer zweiten Schaltschwelle der Spannung der Bordbatterie, die unterhalb der ersten Schaltschwelle liegt, die Heizleistung des Fahrzeugheizgeräts in dessen kleinste Betriebsstufe zurückgefahren. Dabei wird die Leistung eines Brennluftgebläses und einer Brennstoffdosiereinrichtung des Fahrzeugheizgeräts reduziert und somit eine weitere Entlastung der Bordbatterie vorgenommen. Das Kühlwasser des Fahrzeugs wird durch das auf kleinster Stufe weiter laufende Fahrzeugheizgerät weiterhin beheizt und zumindest in etwa auf einem bereits erreichten Temperatur-Niveau gehalten, so dass es dem Fahrzeuginnenraum im Falle eines Startens des Fahrzeugmotors und der damit verbundenen Wiederaufnahme des Betriebs des Fahrzeuggebläses weiterhin sofort eine ausreichende Wärmemenge zur Verfügung zu stellen vermag.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist noch eine dritte Stufe des Abschaltens vorgesehen, bei der beim Unterschreiten einer dritten Schaltschwelle der Spannung der Bordbatterie, die unterhalb der zweiten Schaltschwelle liegt, das Fahrzeugheizgerät abgeschaltet wird. Der erforderliche Nachlauf zum Abkühlen des Fahrzeugheizgeräts erfolgt in diesem Fall bei einer niedrigen Gebläsespannung des Brennluftgebläses und ohne das sonst übliche Zuschalten des Glühstifts.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird bei einem in mehreren Heizleistungsstufen oder mit einer stufenlos regelbaren Heizleistung betreibbaren Fahrzeugheizgerät die Heizleistung des Fahrzeugheizgeräts schon in der ersten Stufe beim Unterschreiten der ersten Schaltschwelle der Spannung der Bordbatterie das Fahrzeugheizgerät auf eine gegenüber der vollen Heizleistung reduzierte Heizleistung zurückgeschaltet, die oberhalb der kleinsten Leistungsstufe liegt.
Die Erfindung eignet sich für ein mit Kühlwasser als Wärmeträger betriebenes Fahrzeugheizgerät mit wenigstens zwei Heizleistungsstufen.
Nachfolgend werden das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Ansicht eines Heizkreislaufs eines Fahrzeugs mit einem Fahrzeugheizgerät; und
2 ein Diagramm zur Verdeutlichung des in mehreren Stufen erfolgenden Abschaltvorgangs des Fahrzeugheizgeräts gemäß 1 beim Unterschreiten verschiedener Schaltschwellen der Spannung der Bordbatterie.
Das in 1 schematisch dargestellte Fahrzeugheizgerät 10 – umgangssprachlich auch als „motorunabhängiges Fahrzeugheizgerät” oder als „Standheizung” bezeichnet – verfügt über einen Brenner 11 mit einer Brennkammer 17, in der ein Flammrohr 16 angeordnet ist. In die Brennkammer 17 wird mittels eines Brennluftgebläses 14 Brennluft und mittels einer über eine Brennstoffleitung 12 mit einem nicht dargestellten Brennstoffvorratsbehälter verbundenen Brennstoffdosiereinrichtung 13 flüssiger Brennstoff gefördert. Der Brennstoff und die Brennluft werden durch Verdampfen oder Verdüsen zu einem brennbaren Gemisch aufbereitet und mittels einer von einem Glühstift 15 gebildeten Zündeinrichtung entzündet. Die heißen Abgase der im Flammrohr 16 gebildeten Flamme werden auf der rechten Seite der Brennkammer 17 umgelenkt und erhitzen in einem das Flammrohr 16 in einem Abstand umgebenden Wärmetauscher 18 das durch einen Wassermantel 19 des Fahrzeugheizgeräts 10 geförderte Kühlwasser des Fahrzeugs. Die Abgase werden anschließend über einen Abgasauslass 20 ins Freie geleitet.
Das erwärmte Kühlwasser wird mittels einer Umwälzpumpe 25 durch einen Heizkreislauf des Fahrzeugs gefördert. Der Heizkreislauf beginnt an einem Wasseraustritt 26 des Fahrzeugheizgeräts 10, führt durch einen in einem Fahrzeuginnenraum 22 oder einer Wand desselben angeordneten fahrzeugeigenen Wärmetauscher 21 und zurück über die Umwälzpumpe 25 zu einem Wassereintritt 24 des Fahrzeugheizgeräts 10. Der fahrzeugeigene Wärmetauscher 21 wird zum einen vom erwärmte Kühlwasser durchströmt und zum anderen von Luft, die mittels eines Fahrzeuggebläses 23 in den Fahrzeuginnenraum 22 gefördert wird. Bei der Luft kann es sich um Frischluft aus der Umgebung, um Umluft aus dem Fahrzeuginnenraum oder um eine Mischung aus beiden handeln.
Die Ausbildung der Flamme in der Brennkammer 17 wird mittels eines Flammwächters 27 und die Temperatur des flüssigen Wärmeträgers (Kühlwassers) nahe dem Wasseraustritt 26 mittels eines Temperatursensors 28 überwacht. Das Fahrzeugheizgerät 10 ist in mehreren Leistungsstufen oder stufenlos bezüglich seiner Heizleistung regelbar. Die typische Heizleistung eines für Personenkraftwagen geeigneten Fahrzeugheizgeräts 10 beträgt in der größten Leistungsstufe etwa zwischen 5 und 7 KW. Teillast-Stufen oder eine stufenlose Heizleistungsregelung ermöglichen einen Betrieb bis hinab zu etwa einem Viertel dieser größten Leistungsstufe.
Sämtliche Funktionen des Fahrzeugheizgeräts 10, d. h. der Betrieb der Brennstoffdosiereinrichtung 13, des Brennluftgebläses 14, des Glühstifts 15, der Umwälzpumpe 25, des Fahrzeuggebläses 23, des Flammwächters 27 und des Temperatursensors 28 werden von einem Steuergerät 30 gesteuert und überwacht. Die Betriebsspannung der vorstehend aufgeführten Aggregate wird von einer Bordbatterie 32 des Fahrzeugs bereitgestellt.
Das Steuergerät 30 weist eine Einrichtung zur Erfassung der aktuellen Spannung U32 der Bordbatterie 32 und wenigstens einen Datenspeicher zur Speicherung wenigstens zweier Schaltschwellen-Werte S1, S2, S3 für die Spannung der Bordbatterie 32 auf. Das Steuergerät 30 weist ferner einen Vergleicher-Baustein oder einen entsprechenden Software-Algorithmus auf, der bei einem Unterschreiten wenigstens eines Schaltschwellen-Wertes S1, S2, S3 durch die aktuelle Spannung U32 der Bordbatterie 32 ein Signal erzeugt, das im Steuergerät 30 eine zumindest teilweise Abschaltung oder Leistungsreduzierung des Fahrzeugheizgeräts 10 oder von diesem zugeordneten Aggregaten, wie des Fahrzeuggebläses 23, des Glühstifts 15 oder des Brennluftgebläses 14 auslöst.
Im Diagramm gemäß 2 sind über der Zeitachse t verschiedene Parameter des Fahrzeugheizgeräts 10 aufgetragen. Im unteren Bereich ist die Spannung U32 der Bordbatterie 32 mit vier Schaltschwellen-Werten S1, S2, S3 und S4 aufgetragen.
Darüber ist die Leistung P23 des Fahrzeuggebläses 23 aufgetragen, wobei dort nur ein Betrieb in einer kleinen Leistungsstufe mit 1 und eine Beendigung des Betriebes mit 0 eingezeichnet sind. Selbstverständlich kann das Fahrzeugheizgerät 23 auch mehrere Leistungsstufen – wie bei 2 zusätzlich angedeutet – oder eine stufenlose Regelung aufweisen. Bei einem Betrieb eines Fahrzeugheizgeräts 10 bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor („Standheizbetrieb”) ist es jedoch üblich, zur Schonung der Bordbatterie 32 das Fahrzeuggebläse 23 grundsätzlich nur in einer kleinen Leistungsstufe zu betreiben. Dieser kleinen Leistungsstufe entspricht die 1 bei P23.
Über der Leistung des Fahrzeuggebläses 23 ist mit P10 die Leistung des Fahrzeugheizgeräts 10 in insgesamt vier Stufen mit 0, 1, 2 und 3 aufgetragen, wobei 3 der höchsten Leistungsstufe, 1 der niedrigsten Leistungsstufe und 0 dem abgeschalteten Zustand entspricht.
Über der Leistung des Fahrzeugheizgeräts 10 sind mit P14 drei Leistungsstufen 1, 2 und 3 des Brennluftgebläses 14 und dessen abgeschalteter Zustand 0 aufgetragen.
Ganz oben im Diagramm gemäß 2 sind mit P15 ein Betrieb des Glühstifts 15 in verschiedenen Leistungsstufen 1, 2 und 3 und dessen abgeschalteter Zustand mit 0 eingetragen.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung sehen vor, dass, wenn bei einem Betrieb des Fahrzeugheizgeräts 10 – ohne gleichzeitigen Betrieb des Fahrzeugmotors, also im sogenannten „Standheizbetrieb” – zu einem Zeitpunkt t1 die aktuell gemessene Betriebsspannung U32 der Bordbatterie 32 eine erste Schaltschwelle S1 unterschreitet, zunächst das Fahrzeuggebläse 23 als stärkster Energieverbraucher abgeschaltet wird. Entsprechend fällt die Linie für P23 im Zeitpunkt t1 von 1 auf 0 ab.
Optional ist vorgesehen, dass gleichzeitig die Leistung P10 des Fahrzeugheizgeräts 10 von der höchsten Leistungsstufe P10-3 auf eine niedrigere Leistungsstufe P10-2 herunter geschaltet wird. Dadurch verbrauchen auch die Brennstoffdosiereinrichtung 13 und das Brennluftgebläse 14 bereits weniger elektrische Energie.
Sobald die aktuell gemessene Betriebsspannung U32 der Bordbatterie 32 in einem Zeitpunkt t2 eine zweite Schaltschwelle S2 unterschreitet, die niedriger ist als die erste Schaltschwelle S1, wird die Leistung P10 des Fahrzeugheizgeräts 10 auf die kleinste Leistungsstufe P10-1 herunter geschaltet.
Fällt die aktuell gemessene Betriebsspannung U32 der Bordbatterie 32 zu einem Zeitpunkt t3 auch unter den Wert einer dritten Schaltschwelle S3, die noch niedriger liegt als die zweite Schaltschwelle S2, wird das Fahrzeugheizgerät 10 im Zeitpunkt t3 abgeschaltet. Für den zur Abkühlung der Brennkammer 17 aus Sicherheitsgründen zwingend vorgesehenen Nachlauf wird das Brennluftgebläse 14 auf seiner kleinsten Leistungsstufe 1 für kurze Zeit noch weiter betrieben, während der Glühstift 15 entgegen der bisher üblichen Praxis abgeschaltet wird.
Durch das vorstehend beschriebene gestufte Abschalten des Fahrzeugheizgeräts 10 beziehungsweise einzelner, diesem zugeordneter Aggregate wird gewährleis tet, dass die aktuell gemessene Betriebsspannung U32 in keinem Falle den Wert S4 unterschreitet. Die bei S4 vorhandene Betriebsspannung entspricht der Spannung, die für einen Start des Fahrzeugmotors unbedingt notwendig ist. Durch das gestufte Abschalten des Fahrzeugheizgeräts 10 wird andererseits das bereits erwärmte Kühlwasser für einen möglichst langen Zeitraum warm gehalten, so dass bei einem Start des Fahrzeugmotors aufgrund der Vorwärmung des Kühlwassers ein leichterer Start desselben möglich ist (kein Kaltstart, bessere Verbrennung und bessere Abgaswerte) und ferner sofort eine große Wärmemenge zum Beheizen des Fahrzeuginnenraums 22 zur Verfügung steht, die über den Wärmetauscher 21 und das dann wieder in Betrieb gehende Fahrzeuggebläse 23 dem Fahrzeuginnenraum 22 zur Verfügung gestellt werden kann.
Die erste Schaltschwelle S1 liegt bei einer Bordbatterie 32 eines Personenkraftwagens mit einer Nennspannung von 12 V bei etwa 11–12 V.
Die zweite Schaltschwelle S2 bei einer Bordbatterie 32 eines Personenkraftwagens mit einer Nennspannung von 12 V bei etwa 10–11,5 V.
Die dritte Schaltschwelle S3 liegt bei einer Bordbatterie eines Personenkraftwagens mit einer Nennspannung von 12 V etwa bei 9,5–10,5 V.
Die kleinste Heizleistungsstufe P10-1 des Fahrzeugheizgeräts 10 beträgt vorzugsweise etwa 25% bis 50% der größten Heizleistungsstufe P10-3.

10: Fahrzeugheizgerät
11: Brenner
12: Brennstoffleitung
13: Brennstoffdosiereinrichtung
14: Brennluftgebläse
15: Zündeinrichtung (Glühstift)
16: Flammrohr
17: Brennkammer
18: Wärmetauscher (von 10)
19: Wassermantel
20: Abgasauslass
21: Wärmetauscher (des Fahrzeugs)
22: Fahrzeuginnenraum
23: Fahrzeuggebläse
24: Wassereintritt (in 10)
25: Umwälzpumpe
26: Wasseraustritt (aus 10)
27: Flammwächter
28: Temperatursensor
30: Steuergerät
32: Bordbatterie
P10: Leistungsstufe (von 10)
P14: Leistungsstufe (von 14)
P15: Leistungsstufe (von 15)
P23: Leistungsstufe (von 23)
U32: Betriebsspannung (von 32)
S1: erste Schaltschwelle (von U32)
S2: zweite Schaltschwelle (von U32)
S3: dritte Schaltschwelle (von U32)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 1816218 U1 [0002]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugheizgeräts (10), das zum Beheizen eines Fahrzeuginnenraums (22) mittels eines flüssigen Wärmeträgers in wenigstens zwei Heizleistungsstufen (P10-3, P10-2, P10-1) betreibbar ist, mit einem Fahrzeuggebläse (23) zur Förderung von durch den flüssigen Wärmeträger erwärmter Heizluft zum Fahrzeuginnenraum (22), mit einer Bordbatterie (32) zum Bereitstellen elektrischer Energie für den Betrieb des Fahrzeugheizgeräts (10) und des Fahrzeuggebläses (23) und mit einem Steuergerät (30) zur Ansteuerung des Fahrzeugheizgeräts (10) und des Fahrzeuggebläses (23), dem eine Einrichtung zur Überwachung der Betriebsspannung der Bordbatterie (32) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Betrieb des Fahrzeugheizgeräts (10) beim Unterschreiten einer ersten Schaltschwelle (S1) der Betriebsspannung der Bordbatterie (32) das Steuergerät (30) das Fahrzeuggebläse (23) abschaltet und dass bei einem Unterschreiten einer zweiten Schaltschwelle (S2), die niedriger ist als die erste Schaltschwelle (S1), das Steuergerät das Fahrzeugheizgerät (10) in dessen kleinste Heizleistungsstufe (P10-1) schaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Unterschreiten der ersten Schaltschwelle (S1) der Betriebsspannung der Bordbatterie (32) das Steuergerät (30) das Fahrzeugheizgerät (10) in eine unterhalb der höchsten Heizleistungsstufe (P10-3) liegende kleinere Heizleistungsstufe (P10-2) schaltet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Unterschreiten einer dritten Schaltschwelle (S3) der Betriebsspannung der Bordbatterie (32) das Steuergerät (30) das Fahrzeugheizgerät (10) abschaltet, wobei der anschließende Nachlauf des Fahrzeugheizgeräts (10) ohne einen Betrieb eines dem Fahrzeugheizgerät (10) zugeordneten Glühstifts (15) und bei einer kleinen Leistungsstufe (P14-1) eines dem Fahrzeugheizgerät (10) zugeordneten Brennluftgebläses (14) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltschwelle (S1) bei einer Bordbatterie mit einer Nennspannung von 12 V etwa 11 bis 12 V beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schaltschwelle (S2) bei einer Bordbatterie mit einer Nennspannung von 12 V etwa 10 bis 11,5 V beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Schaltschwelle (S2) bei einer Bordbatterie mit einer Nennspannung von 12 V etwa 9,5–10,5 V beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinste Heizleistungsstufe (P10-1) des Fahrzeugheizgeräts (10) etwa 25% bis 50% der größten Heizleistungsstufe (P10-3) beträgt.
Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugheizgeräts (10), das zum Beheizen eines Fahrzeuginnenraums (22) mittels eines flüssigen Wärmeträgers in wenigstens zwei Heizleistungsstufen (P10-3, P10-2, P10-1) betreibbar ist, mit einem Fahrzeuggebläse (23) zur Förderung von durch den flüssigen Wärmeträger erwärmter Heizluft zum Fahrzeuginnenraum (22), mit einer Bordbatterie (32) zum Bereitstellen elektrischer Energie für den Betrieb des Fahrzeugheizgeräts (10) und des Fahrzeuggebläses (23) und mit einem Steuergerät (30) zur Ansteuerung des Fahrzeugheizgeräts (10) und des Fahrzeuggebläses (23), dem eine Einrichtung zur Überwachung der Betriebsspannung der Bordbatterie (32) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (30) mit einer Einrichtung zur Erfassung der aktuellen Spannung der Bordbatterie (32), mit einem Datenspeicher zur Speicherung wenigstens zweier Schaltschwellen-Werte (S1, S2, S3) für die Spannung der Bordbatterie (32) und mit einem Vergleicher-Baustein oder – Algorithmus versehen ist, der bei einem Unterschreiten wenigstens eines Schaltschwellen-Wertes (S1, S2, S3) durch die aktuelle Spannung der Bordbatterie (32) ein Signal erzeugt, das im Steuergerät (30) eine zumindest teilweise Abschaltung oder Leistungsreduzierung des Fahrzeugheizgeräts (10) oder von diesem zugeordneten Aggregaten (23; 15; 14) auslöst.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Unterschreiten einer ersten Schaltschwelle (S1) das Steuergerät (30) das Fahrzeuggebläse (23) abschaltet.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Unterschreiten der ersten Schaltschwelle (S1) das Steuergerät (30) das Fahrzeugheizgerät (10) in eine unterhalb der höchsten Heizleistungsstufe (P10-3) liegende kleinere Heizleistungsstufe (P10-2) schaltet.
Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Unterschreiten einer zweiten Schaltschwelle (S2) das Steuergerät (30) das Fahrzeugheizgerät (10) in dessen kleinste Heizleistungsstufe (P10-1) schaltet.