CS354189A3 - Heater for motor vehicles - Google Patents

Description

V^nálezsetýkátOpidlapromo*torovávozidla» kteréjeprovozovatelné vevíce výkonovýchstupních jako stabilnínebo vně jší topení s hořákem", pra* k ' cojícím na kapalné palivo, a s tepelným 'výměníkem, kte*rýobklopuje spalovacíkomoruhořáku, jakož i s kontrol*ním zařízením provozu, které je opatřeno čidlem reagu-jícím na změny teploty,ke kterémujepřipojeno řídicí -zapojení a které je vytvořeno jako na teplotě závislá,časově proměnný elektrický výstupní signál dodávájícíkonstrukční součást, přičemž řídicí zapojení"opakovaněvytváří z elektrických výstupních signálů čidla údajecharakterizující hodnoty rychlosti teplotních změn,

Taková topidla se používají ja*ko tak zvaná stabilní, vnější nebo přídavná topení vautobusech, nákladních vozidlech, ve vozidlech pro zpra*cování půdy, jakož i v jiných vozidlech, například takév osobních automobilech· Jsou známé různé·formy provede*’ní takových-topideí· Tak například se’ tato topidlá roz-lišují jako topidlapoužívá jící tepelného prostředí v ™·~·podobě? vody nebo vzduchu. Jiné rozdělení používá na*příklad typ avýkonhořáku, takže jsou například od- ’psřovaef hořáky, hořáky \s tlakovým? rozprašovačem a ho*řáky s rotačním rozprašovačem. Rozdělení se rovněž pro*vádí podle typu zapalování, například jiskrou nebo za* paiovacísvíčkouv "·' ..... .....

Pro provnz hořáků takového· to*pidla platí určité předpisy. Jedenztěchtopřodpisů --—určuje, žepospuštěníhořáku, speciálně pozačátkudodávky paliva, musíplamenhořet včasovém intervalu180 sekund. Dále předpis stanovu jě, že pokudse kořenípřistacionárním provozupřeruší, tato‘chyba, to zna-mená přerušeni hoření, musí být spolehlivě zjištěnov průběhu 240 sekund, aby?bylo možné zastavit ještěvčas dodávku paliva, a to před' tím, než do spalovacíkomory vnikne příliš velké množství paliva, které bypředstavovalo zdroj nebezpečí· Výše uvedené předpisy pro pro*voz hořáku vyžadují přímou nebo nepřímou kontrolu pla-mene. Přímá kontrola plamene se provádí například tak, že se používá optické-čidlo, například fototranzistor,--------- který vydává výstupní signál tak dlouho, pokud je osvět*lován svítícím plamenem· V některých případech je všakúprava optického čidla uvnitř spalovací komory zakáfcéna* 'Za určitých okolností lze potom použít tepelný prvek,který není uspořádán uvnitř spalovací komory, nýbržvenku na' stěně Spalovací komory nebo na tepelném vý*měníkuv Předpokladem pro použití takového tepelnéhoprvku však je, aby poměrně velmi rychle reagovaly a aby stěna spalovací komory nebo stěna tepelného výměníku byle dobře tepelně vodivá, tedy nikoli' tepelně setr* Ž vačná·........... - s

' !/- S

Zcela problematické je použití tepelných prvků na vně jší straně stěny spalovací' komo* ' ' - £ ry nebo stěny tepelného-výměníku v tom případěý kdy--se jedná o odlitek, který zpravidla'bývá vytvořenz hli* | -- . ΐ niku· U těchto tepelných výměníků se mění vnější tep* = ·? lota na stěněspalovací komory, případně stěně tepel*'něho výměníku při změnách teplot uvnitř spalovacíko« mory relativně velmi pomalu· Jěi dosud se používal na- / příklad bimetalový spínač, který se pro rozpoznání -za-· !λ pálení plamene po spuštění topidla při překročení ur-čité první teploty otevřel nebo zavřel a~ při překroče*ní určité druhé teploty se zatřel nebo otevřel, čímžse ‘mělo zjistit přerušení hoření. Takové bimetalové -spínače jsou relativně-spolehlivé· Nastavují se-přívýrobě zařízení pro příslušný typ topidla v závislostí ·’·· na rychlosti teplotních změn na vnější straně stěny spalovací komory, případně vnější straně stěny tepelné*'ho výměníku·

Problematické je však použititakových relativně pomalu reagujících dvoubodovýchspínačů u topidel, která mohou pracovat ve více, na* -·λ; · ;//<iáňí;;3;:íSbž;te příklad“ve ’ drou výkonových stupních· Pokud se' takovézařízení'přepne' z* relativné vysokého výkonového stup* ttěnanižáívýkonovýstupeň,jestímspojen nejprve __ / relativně prudký pokles teploty, načež se teplota vy* ’reguluje na poměrně nižší hladině· Úroveň teplotypři *nízkém nastavení je tak malá» Jte při přerušením hořeniv poloze “velká teplota” se nedosáhne takové teplotyv průběhu předepsaných čtyř minut · V některých přípa-dech jedokoneenízkáúroveňteplotypodspínacítep—lotou při přerušení plamene· V patentovém spise NSR'č« 35 17 953 je popsáno topidlo s-regulačním ústrojím pro topný výkon· Pro regulacise zjišíuje teplotní spád pro ohřev prostředí pro výměnu tepla mezi dvěmaprahovými hodnotami teploty· Zjištuje se, jak dlou-hou dobu potřebuje prostředí pro'výměnu tepla k tomu,aby se ohřálo mezi’ první a druhou prahovou hodnotou ’teploty· Tato doba ohřevu se srovnává s určitou zada- - nou hodnotou a v závislosti na výsledku tohoto srovná-ní se potom uskutečňují různé regulační procesy. Tato ·regulace se však nehodí pro khntrolu plamene, kteráby měla být .schopná jednak zjistit, že nedošlo k za-pálení paliva a jednak zjistit přerušení hoření v prů-běhu normálního provozu· 6

Vynález si klade za úkol zdo· ! * ·’ konalit topidlo pro motorová vozidla uvedenéhotypu^ ' které je pr ovozovatelné ve více výkonových stupních, ’ a to tak,; aby byla umožněnajedinýmnepříaropracují- * , š;

oím čidlem spolehlivá kontrolahořeni i tehdy, pokud J je topidlo provozováno ve- více výkonových' stupních, ii

Vytčený úkol se řeší a uvedené · | nedostatky se odstraňují topidlem podle vynálezu, jehož ž; podstata spočívá v tom, že jeho řídicí zapojení je opat· - '*· feno vyhodnocovacímústrojím, které porovnává hodnoty rychlosti teplotních změn ve spalovací komoře nebo na ií £ tepelném výměníku^ to je hodnoty charakterizující vzestup % teploty nebo pokles teploty, s alespoň jednou zadanou hodnotou pro zjištění, zda případně nedošlokpřerušoníhoření nebo zda po spuštění hořáku d ošlo ke vzniku pla·mene, Další výhodná řešení podle vynájtezu jsou uvedena ’ · v dalších bodech definice předmětu vynálezu· Čidlo použité podle vynálezu jesamo o sobě známé· Jedná se například o odpor PTC, te*pelnýprvek nebo podobný konstrukční prvek, který vy*dává elektrický signál, jehož amplituda je závislá nasnímané teplotě, Ěídící zapojení vyhodnocuje tento sig-nál tak, že opakovaně, například v pravidelných čase*výeh intervalech se vždy vytvoří určitá hodnota, která 7 SííA-7 je charakterizující pro rychlost teplotní změny, to jepro rychlost vzestuputeploty něho poklesu teploty# Ji*nakřeíeno sezjišiují hodnoty spádu, které charakter!*zují tendenci změny teploty. Předběžnými pokusy se zjistíurčité průběhy teploty v místě čidla pro různé provoznístavy a uloží se do paměti jako zadané hodnoty. Tak na-příklad se zjistí nárůst teploty v oblasti Čidla po spuš-tění hořáku a zaznamená se. Mimoto se zjistí, pokud pra-cuje hořák ve stacionárním stavu, tedy pokud je teplotana čidle v relativně úzkých mezích konstantní, poklesteploty na čidle, který je následkem přerušení hořeníplamene. Uvnitř spalovací komory poklesne teplota po pře-rušení hoření relativně velmi rychle. Na základě tepel-né setrvačnosti tepelného výměníku však klesá teplotana vnější stěně tepelného výměníku poměrně velmi porna- 'lu. Obdobným způsobem se zjistí i pokles teploty načidle při přepnutí provozu hořáku z vysokého výkonu nanízký výkon.

Takto zjištěné hodnoty se na-příklad uloží do paměti mikroprocesoru, který sloužíjako řídicí zapojení. Při provozu topidla se potomprůběžně vytvářejí, to znamená v určitých časových in- 8 tervalech, hodnoty teplotního spádua srovnáva jí - ss-s-'příslušnými, přódem do paměti zadanými hodno tami teplot*nlho spádu· Srovnání potom ukáže, zda< došlo př ípfadně k-poklesuteploty nebo k nárůstu teploty, který musí -býtdosažen pfispuštěni topidla· Zjišťování souladu průběž*ně zjišťovaných hodnot poklesuspředem do paměti ulože* -nými hodnotami se provádí vytvářením" diference .Pokudjsoupří elušnémezní hodnoty nižší než určitá t oleranční-hodnota, hodnotí se to jako souhlas. Výstupnísignály,které při spouš*tění topidla čidlo vydává, se převádějí na hodnoty po*klesu· Tyto hodnoty poklesu, případně gradientu odpoví*dají jedné nebo několika tečnám křivky vzestupu teploty·Porovnání s hodnotami vzestupu teploty, které byly dopaměti uloženy před tím, se: zjistí, zda byl plamen za*žehnut či nikoli· Tento postup pádle vynálezu umožňuje* -z hlediska předepsaných bezpečnostních podmínek zjistit,zda po spuštění topidla ýřed uplynutím časového inter*válu, který jepředepsán pro spuštění a zapálení pla* 'mene vdélce 180 sekund, skutečné k zapálení plamene

I došlo a tím byl stanovený čas dodržen· Pokud by sesrovnáním aktuálních teplotních gradientů s předem dopaměti uloženými gradienty zjistilo, že v průběhu ča*sového intervalu 180 sekund nedošlo k vzestupu teploty. 1 ' , <!, >, ’ ‘\ 9 který charakterizuje zapálení plamene, přívod 'palivase přeruší· Při poklesu teploty se rovněžzjidžují hodnoty teplotního spádu asrovnávají se spředem do parněti uloženými hodnotami o Rozdílnost mezipřerušenímplamene a přepnutím na nižší výkonový stu-pen se zjišiuje na podkladě té skutečnosti, že poklesteploty při přerušení plamene je prudší než při přepnu-tí zařízení na nižší výkonový stupeň· Na podkladě vý-sledků srovnáni lze potom učinit závěr, zda pokles tep-loty je důsledkem chybné funkce, · tedy přerušení hoření*nebo důsledkem přepojení na nižší výkonový stupeň· V prvním případě je třeba okamžitě uzavřít přívod pa-liva, ve druhém z uváděných případů není třeba prová -dět nějaká opatření*

Podobným způsobem lze zjistiti přerušení hořeni při stacionárním provozu sma|ýmvýkonovým stupněm*

Podle zvláště výhodného" pro-vedení vynálezu je vyhodnocovací ústrojí řídicího za-pojení, které obsahuje počítač, vytvořeno tak, že zeskutečné teploty, která panuje v okamžiku tj, se podlealgoritmu, který bere zřetel na specifické vlastnostipřístroje, vypočte konečná teplota pro okamžik tg, kte- 10 ¥ 4 i i 1. - rý jěod okamžiku tj v určitém časovém latervalu. V tomto okamžiku t2' se potom zjisti skutečná teplota a na základě porovnání se uskutečni přezkoušeníspráv-........ nostivýsleďku předběžného výpočtu· Algoritmus se rovněž formuluje na podkladě předchozích pokusů* Bere se při* tom zřetel· na specifické vlastnosti zařízení, jako je . - , % tepelná vodivost, teplotní spáď apod, Při tomto pr©ve- 4 < dění zařízení podle vynálezu není třeba ukládat do~pa· | máti jmenovité hodnoty gradientů, Do paměti je třeba -¾ uložit toliko algoritmus*

Vynález je v dalším podrobnějivysvětlen na příkladu provedení ve spojení s výkresovoučástí*

Na obr· 1 je grafloky znázorněnprůběh teploty, umožňujíoí vysvětlení vynálezu· Naobr* 2 je znázorněno blokové schéma topidla motorovéhovozidla s řídicím zapojením·

Jak je patrno z obr· 1, je na j< úsečce vynesen Čas t, zatímco na pořadnici je vynesena- teplota jJ; Pokud je v okamžiku 0 spuštěn hořák topidla,..... to znamená, že se zahájí přívod paliva, to je nafty nebobenzinu, a zapálí se plamen, narůstá teplota &amp; expo-nenciálně, Nárůst teploty odpovídá nejprve přímce* Přidosažení teploty v průběhu časového intervalu - splnil hořák předpis, protože v průběhu časového inter- μ í ,, <r > 11 válu Tj = 180 sekund- vznikl plamen· Teplota potomdá-le vzrůstá, až se nakonec přiblíží při stacionárnímprovozu teplotě'^,· Tato teplotní hladina odpovídá pro*vozu topidla při velké výkonu·

Pokud se například v okamžikut£ topidlo přepne na malývýkon a pracuje tedy při ma-lé teplotě následuje nejprve relativně strmý po- kles teploty, až se teplota přiblíží ke konstantní tep-lotě Ná počátku poklesu teploty odpovídá sklon křivky sklonu tečny m^ této křivky·

Porovnáme-li pokles teploty připřepnuti topidla z velkého na malý výkonový stupeň spoklesem teploty při přerušení plamene, které je vlastněporuchovým případem· tak se ukáže, že v případě poruchy je* pokles teploty podstatně strmější· Pokud je v okamži- ku t^ plamen přerušen· poklesne teplota nejprve podletečny m^ spádové křivky, až nakonec teplota odpovídáteplotě okolí· Pokud teplota poklesne v časovém intervalu 2a po okamžiku ti pád hodnotu odpovídá to předpi- sem stanovené době pro zjištění přerušení plamene·

Pokud teplota při přerušení pla-mene dále klesá pod konstantní hodnotu vzniká rov- něž exponenciální pokles teploty s odpovídající tečnou*

Vynález spočívá ha popsané? prů- 12 ;kíi.';;íií'Síý, běhu teploty pro uvedené různéprovesní situace v oblas-ti čidla, které je uspořádáno navnějšístěně tepelné-ho výměníku·

Ha obr, 2 je znázorněno blokovésehemastabilního topení motorového vozidla, které jenapájeno benzinemnebo naftou·

Topidlo 1 je opatřeno neznázer-něným hořákem.Do hořáku je dmýehánvzduch dmychadlem 2spalovacího vzduchu. Dávkovači čerpadlo 3 dodává podlenastaveného výkonového stupnětopidla velké nebo malémnožství paliva do například tlakového rozprašovače voblasti spalovací komory· Zapalovací svíčka 4, místokteré lze případně vytvořit zapalovací jiskřiště, za-jišťuje zapálení směsi paliva se vzduchem·

Topidlo je řízeno řídicím zapo-jením 10, které ovládá dmychadlo2 spalovacího vzduchu,dávkovači čerpadlo 3 a zapalovací svíčku 4·

Na vnější stěně odlitku tepel-ného výměníku topidla 1 je jako čidlo upraven odpor PTC,které vydává výstupní signály, jejichž amplitudy jsouúměrné snímané teplotě. Řídicí zapojení 10 přijímá vý—stupni signály čidla 5 a kromě toho provozní řídicísignály z rozváděče 6. Jak je schematicky patrno z obr· 2^ * v.. J·· 13 • lze prostřednictvím rozváděče 6 přepnouttopidlo na vysoký výkonový stupeň 6, na malý výkonový stupen Knebo jej vypnout v poloze E/A· Řídicí zapojení 10 obsahuje na-příklad mikroprocesor, který přejímá v pravidelnýchčasových intervalech hodnoty výstupního signálu čidla5 a vytváří spádové hodnoty. To se uskutečňuje napří-klad tak, že dvě za sebou snímané hodnoty teploty jsouděleny hodnotou snímaeího intervalu*

Mikroprocesor řídicího zapoje-ní 10 má paměč, ve které jsou uloženy empiricky zjištěnéhodnoty teplotních gradientů pro různé provozní situace*Jsou to hodnoty gradientu pro vzestup teploty při spouš-tění zařízení, hodnoty gradientu pro pokles teploty připřerušení plamene, a to vždy pro vysoký výkonový stu-peň a malý výkonový stupeň topidla, a hodnoty gradientupro pokles teploty při přepnutí topidla z vysokého vý-konového stupně na malý výkonový stupeň* “Průběžně z jiš- * ", £ ováné hodnoty gradientu jsou srovnávány s předem do pa* - mě ti uloženými hodnotami gradientu vytvářením diference«

Souhlas srovnávaných hodnot je podle definice k dispo-zici například tehdy, když jsou diference menší nežu zadaných hodnot. V závislostina výsledku porovnává-ní nereaguje potom řídicí zapojeni 10 bud vůbec nebo 14 ί: - ί reaguje nouzovým opatřením· β

Hodno ty gradientů odpovídají tečnám nateplotních křivkách podle obr· 1· Pokud sepři srovnání okamžité hodnoty gradientus předem do pa»měti uloženou hodnotou gradientu zjistí, že teplota pří» .í mo odpovídá například na obr· 1 vyznačené tečně m^ , zna-mená to, žedošlok přerušení hoření· V takovém případěreaguje řídicí zapojeni 10 tak, že vydá dávkovacímu čer-pádlu 3 paliva vypínací signál, čímž se dodávka palivazastaví·

Vynález je využitelný nikolijen, avšak s výhodou u takových topidel, která mají te-pelný výměník vytvořený z odlitku s poměrně velkou te-pelnou setrvačností·

Claims (4)

<· 53<?<3 9 Λ 15 ?l/ δ&amp;ΐ-<J?.y PATENTOVÉ NÁROKY

1, Topidlo pro motorová vozidla,které je provozovatelné ve více výkonových stupních ja*ko stabilní nebo vnější topení s hořákem, pracujícímna kapalné palivo, a s tepelným výměníkem, který obklo*puje spalovací komoruhořáku, jakož iskontrolním za-řízenímprovozu, které je opatřeno Sídlem reagujícímna změny teploty, ke kterému je připojeno řídicí zapo*jení a které je vytvořeno jako nateplotě závislá,ča-sově proměnný elektrický výstupní signál dodávajícíkonstrukční součást, přičemž řídicí zapojení opakovaněvytváří z elektrických výstupních signálů čidla údajecharakterizující hodnoty rychlosti teplotních změn, vyzná č e n é tím, že řídicí zapojení (10) je » opatřeno vyhodnocovacím ústr oj íra, které porovnává hod*noty rychlosti teplotních změn ve spalovací komoře ne*bo na tepelném výměníku, to je hodnoty charakterizují-cí vzestup teploty nebo pokles teploty, s alespoň jed*nou zadanou hodnotou' pro zjištění, zda případně nedošlok přerušení hoření nebo zda po spuštění hořáku došloke vzniku plamene.

2, Topidlopodle bodu1, vy*značené tím, že hodnoty rychlosti teplotních 16 zněn jsou srovnávány s víee, předem empiricky zjištěný*mihodnotami teplotních spádů, z nichž jeden odpovídá -poklesu teploty při přerušení hoření a jeden"poklonuteploty při, případně po přepnutí topidla z‘vyššího vý*honového stupně na nižší výkonový stupeň, a že jakopřizpůsobovací kritériumsloužínejmenšízjištěný roz-díl mezi rychlostí teplotní změny a jednou nebo druhouhodnotou teplotního spádu*

3« Topidlo podle bodu 1, vy*znač e né tím, že řídicí zapojení (10) zjišlujepo zapojení hořáku vzestup teploty a pokud je menšínež specificky předem stanovená hodnota přeruší přivoďpaliva do hořáku*

4* Tepídlopodle bodu 1, vy- značené tím, že vyhodnOCovací ústrojí vypočí-tává opakovaně ž teploty v okamžiku tj se zřete-lem na .specifické vlastnosti topidla podle algoritmukonečnou teplotu v okamžiku tg a takto vypočtená 'ís zadaná hodnota se na podkladě skutečné teploty v okam-žiku tg přezkouší. Zastupuje:

/Ί