用於獨立於發動機的加熱器的控制裝置、加熱器、加熱系統、以及用於控制獨立於發動機...的製作方法

2023-12-02 19:32:06

專利名稱：用於獨立於發動機的加熱器的控制裝置、加熱器、加熱系統、以及用於控制獨立於發動機 ...的製作方法
用於獨立於發動機的加熱器的控制裝置、加熱器、加熱系統、以及用於控
制獨立於發動機的加熱器的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於獨立於發動機的加熱器的控制裝置，該加熱器對 特別用於機動車輛的傳熱介質迴路的一種液態傳熱介質進行加熱，當該傳 熱介質當前的溫度梯度等於或大於一個溫度梯度閾值時，該控制裝置減少 加熱器的加熱能力
本發明另外還涉及一種加熱器和一種加熱系統。
另外，本發明涉及用於控制一個獨立於發動機的加熱器的一種方法， 該加熱器對特別用於機動車輛的傳熱介質迴路的一種液態傳熱介質進行加 熱。
在先有技術中已知存在著對整合在一個傳熱介質迴路中的加熱器進行 過熱危險的早期檢測的措施。在此情況下的目的是在實際過熱狀態發生前 清楚地檢測危險的過熱狀態，使得有可能在加熱器或傳熱介質迴路發生損 壞前採取對應措施。
DE 195 24 260 C2披露了一種用於獨立於發動機的加熱器的控制裝 置、 一種加熱器、 一種加熱系統以及用於控制獨立於發動機的加熱器的一 種方法。在DE 195 24 260C2中描述的加熱器特別用於加熱機動車輛的內 部。在運行時，在這種加熱器的情況下，當傳熱介質的一個當前溫度梯度 超過一個溫度梯度閾值時，加熱能力被減少或加熱器被關閉。將溫度梯度 的不同閾值選為傳熱介質的當前溫度的一個函數。因此，只要溫度水平保 持較低並且因而明確的低於一個危險的溫度水平，就可允許一個比較快速 的升溫而沒有過熱危險。相比之下， 一旦已經達到高溫，就僅有一個比較 慢速的升溫仍被允許。
因此，由於溫度梯度的閾值被賦予傳熱介質的固定溫度值，所以這種 賦值作為例如傳熱系統的特性(諸如熱力學特性)的一個函數而必須預先 規定。在改變傳熱系統後，例如使用另一種傳熱介質後，該加熱器的控制 現在只能有條件地使用並且不再與該改變了的系統相適配。
因此，本發明的目的是開發該屬類的組成部分以及該屬類方法，其方 式要使得靈活的加熱器控制成為可能，該加熱器更早地並且以一種更加區 別清楚的方式來檢測一個可能的過熱情況。
這個目的是通過獨立權利要求的特徵得以實現。
本發明的有利的優化和發展遵循從屬權利要求。
本發明的用於一種獨立於發動機的加熱器的控制裝置建立於該屬類先 有技術之上，它所依據的事實是該控制裝置將該溫度梯度閾值動態地確定 為有待實現的傳熱介質的一個目標溫度與一個當前傳熱介質溫度之間的溫 度差值的一個函數。因為該溫度梯度閾值是動態確定的，這就是說，是以 一種多次重複的方式確定的，準確的溫度梯度閾值(在超過該溫度梯度閾 值時可發生傳熱系統或其中的組成部分的過熱狀態)永久地存在。另外， 由於溫度梯度閾值是作為實際和所希望溫度之間的溫度差值的一個函數而 確定的，所以該控制裝置也適合用於一種加熱器，在這種加熱器的情況下 傳熱介質的目標溫度發生變化。傳熱介質的這一目標溫度，例如，可取決 於所使用的傳熱介質，這樣當使用一種傳熱介質而在該傳熱介質的情況下 過熱狀態發生在一個較低溫度時，總體上一個較低的最大目標溫度是可允 許的。另外，可想像在不同的運行階段中將目標定為使該傳熱介質在不同 的溫度水平下運行。在本發明的基礎上、在不同的目標溫度下、能夠以一 種可靠的方式來進行危險的過熱狀態的檢測。由此而來的是該傳熱系統或 其中的一個組成部分的一種可能的過熱狀態能夠通過本發明的控制裝置以 更加有區別的方式並且更早地被檢測出來。
本發明的控制裝置可藉助以下事實而有利地進行發展，即在確定溫度 梯度閾值時，該控制裝置還考慮了一個環境溫度。因此，在危險的過熱狀 態的檢測過程中，還考慮了使用本發明的加熱器或本發明的加熱系統時所 處的環境，包括在不同氣候的區域中對於機動車輛的使用。例如，如果環 境溫度相對較低，那麼與環境具有較高溫度的情況相比， 一個高溫度梯度
對於一個過熱的情況具有較小的指示意義。本發明的控制裝置根據這個發 展將環境考慮在內。
在本發明的控制裝置的一個優選實施例中，另外它還提供了由該控制 裝置通過計算來確定該溫度梯度閾值。該溫度梯度閾值的最佳確定是由於 該溫度梯度閾值的動態的(這就是說不斷重複的)計算而實現的。可替代 地，該控制裝置可通過從一個表中讀取而確定該溫度梯度閾值。這裡，確 定一個過熱狀態的準確性取決於在該表中用於儲存溫度梯度閾值的間隔。 計算具有的優點是無需預先準備任何消耗內存的表，然而，若是這種情 況，該溫度梯度閾值是在接近本發明的控制裝置正被運行時來確定。
此外，本發明的控制裝置能夠發展為使該控制裝置藉助以下等式來確 定該溫度梯度閾值
其中，Cl、 C2 、以及C3是預先確定並儲存在該控制裝置中的係數。這裡， 在該溫度梯度閾值的確定中不是必須涉及該環境溫度。例如，可想像這些 係數預先通告試驗來確定並存儲在控制裝置中。此外，根據所選傳熱系統 組成部分、所選傳熱介質，等等，計算可作為預先確定的這些係數的基 礎。
可替代地，本發明的控制裝置可發展為使該控制裝置藉助以下等式來 確定該溫度梯度閾值
其中，Cl、 C2是由該控制裝置作為該環境溫度的一個函數來確定的，而C3 是預先確定並儲存在控制裝置中的一個係數。
這些公式提供了確定該溫度梯度閾值的一個具體方法。
本發明的加熱器、加熱系統以及用於控制該加熱器的方法是基於該屬 類的先有技術，這是由於以下的事實，即，該控制裝置動態地將該溫度梯 度閾值確定為有待實現的該傳熱介質的一個目標溫度與一個當前傳熱介質 溫度之間的溫度差值的一個函數。因此，結合本發明的控制裝置所闡述的 優點和特性是以相同的或一種類似的方式產生。
+ c7——+ c. 以下藉助附圖以舉例方式對本發明的一個優選實施例進行說明，在附 圖中
圖l示出了本發明的加熱系統的一個示意性框圖；以及 圖2示出了曲線圖，該曲線圖提供了溫度梯度閾值和待實現的該傳熱
介質的目標溫度與一個當前傳熱介質溫度之間的溫度差值的函數關係的定
性說明。


圖1示意性地示出了該傳熱系統或傳熱介質迴路1 (例如，具有用於 機動車輛的加熱器的一個冷卻劑迴路)的一個實例。如箭頭所標示的，一 種傳熱介質(例如可包括添加劑的水)在該傳熱介質迴路1中循環。該傳 熱介質迴路1包括一個循環泵2、 一個獨立於發動機的、燃料運行的加熱 器3，其中整合了該循環泵2，以及配置了一個車輛加熱風扇5的熱交換 器4。將傳熱介質加熱並啟動風扇5，熱量被輸出至一個車輛的內部6，它 在圖1中由位於點劃線右邊的部分示意性地示出。
該加熱器3具有一個入口 7和一個出口 8。入口 7和熱交換器4的出 口側可引向例如一臺內燃機(未示出)。另外，該加熱器3包括一個計量 泵9和一個燃燒空氣風扇10用於向燃燒組件中輸送燃燒空氣和燃料(未 另外詳細示出)。此外，使傳熱介質在傳熱介質迴路1中迴路的循環泵2 被整合在該加熱器3中。在圖l中由ll所表示的是一個溫度傳感器，它方 便地以一種在其中整合的方式被安排在該加熱器3的出口 8的區域中，並 且在加熱器3的出口處檢測傳熱介質的溫度一kt)。
該溫度傳感器11的輸出連接至一個控制裝置12，其輸出連接至循環 泵2、計量泵9以及燃燒空氣風扇10。本發明的實質在於該控制裝置12 可以影響加熱器3的一種方式為它可控制其加熱能力。這可通過適當地驅 動計量泵9和/或燃燒空氣風扇IO來實施。例如，該控制裝置12還可連接 至該加熱器內的一個運行控制器(未示出)，該控制裝置12僅將一個目 標加熱能力傳遞至該運行控制器，並且專門用於加熱器的該運行控制器適 當地驅動計量泵9和燃燒風扇10，從而達到這個目標加熱能力。該控制裝 置12本身也可整合在加熱器3中。
該加熱器3啟動後，通過該溫度傳感器11以特定的時間間隔將傳熱介 質溫度0 Ist)輸出至該控制裝置12，並由後者對其進行評估。在這種情況 下，該控制裝置12評估該傳熱介質每個時間單元的溫度升高，以產生該 傳熱介質的瞬時溫度梯度((dT/dt)kt)。在此情況下，該溫度梯度((dT/dt)kt)的 檢查與計算以一個待確定的時間間隔來進行。為了這個目的，該控制裝置
要求以一個預定時間間隔測量至少兩個的傳熱介質溫度(z Ist)，用於計算當 前溫度梯度((dT/dt)kt)的目的。
該傳熱介質的這一確定的當前溫度梯度((dT/dt)kt)與一個溫度梯度閾值 ((dT/dt)seh^u)在不斷重新的重複中進行比較。該當前溫度梯度((dT/dt)kt)—
旦達到或超過該溫度梯度閾值((dT/dt)Se^eU)時，這就是一種過熱狀態發生
的危險的一種早期指示，並且加熱器3的加熱能力被減小或加熱器3被關 閉。
這樣一種過熱狀態可能由一種乾燥過熱引起，這就是說，在該加熱器 3的傳熱介質中缺少冷卻劑，或由該傳熱介質迴路1中的一種靜態傳熱介 質引起。在檢測一種可能即將發生的過熱狀態的情況下所必須的是，該控 制裝置12及其早地檢測並區分出一個可能的過熱狀態。因此，重要的是 該加熱器3及早減小加熱能力以便不達到一個安全臨界溫度範圍。在本披 露的範圍內，術語"減小加熱能力"還包括完全關閉該加熱器3，在這種 情況下該加熱能力被減小至零。
為了在上述的傳熱介質的當前溫度梯度((dT/dt)kt)與一個溫度梯度閾值 ((dT/dt)Sehwell)之間進行比較的目的，對該溫度梯度閾值((dT/dt)schwen)動態地 重新計算，這就是說，在不斷的重新重複中。
為此，待達到的傳熱介質的目標溫度(&。U)與傳熱介質的當前溫度(&st)
之間的溫度差值(Ae )是首先使用以下等式來計算
結果，該溫度梯度閾值((dT/dt)SehweU)是作為這個計算出的溫度差值(Atf)
的一個函數、並且作為該環境溫度(T目b)的一個函數、使用以下等式來進行
計算
這裡，C,和C2是作為該環境溫度(Tamb)的一個函數待確定的係數。為 此，通過一個環境溫度傳感器(未示出)檢測該環境溫度(T^b)，並將其輸 出至控制單元，在該控制單元上以特定的時間間隔重新計算係數C,和C2。 At構成一個任意的時間間隔，理想情況下它具有檢測到的溫度梯度的物理 單位並具有值l。
C3是一個待確定的係數並且不是環境溫度(T^b)的一個函數。例如，該 係數C3可藉助試驗或模擬而預先確定。
可替代地，也可想像獨立於環境溫度(T目b)的計算。然而，在此情況
下，係數C,和C2並不是必須消失。在這種情況下，例如，該係數C,和C2 同樣可藉助試驗或模擬而確定。
在圖2中定性地示出藉助以上等式進行的該溫度梯度閾值((dT/dt)s一en) 的計算。這裡，橫坐標示出了該溫度差值(Atf)，而縱坐標示出了該溫度梯
度閾值((dT/dt)sehweU)。
由圖2應看出，允許的最大溫度梯度((dT/dt)kt)，這就是說溫度梯度閾
值((dT/dt)SehweU)，隨溫度差值的增大(例如，在加熱器的起始階段)而升 高。由此可以實現開始時說明的優點。
一個燃料運行的加熱器3被用於說明該優選實施例。然而，本發明並
不局限於此，而是還可用於電力運行的加熱器的情況中。
另外，該溫度傳感器11不必直接測量傳熱介質的溫度。例如，燃燒 組件可圍繞有一個封閉的液態熱交換介質，通過該熱交換介質使傳熱介質 被加熱。在這種情況下，還可考慮測量該熱交換介質的溫度。
在以上的說明以及所附的權利要求中，術語"控制"旨在還包括"調
節"。因此，例如，該加熱器3的驅動的描述還旨在包括這種驅動是在一
個調節過程中進行。
在以上說明和附圖中以及在權利要求書中所披露的本發明的特徵即可 以單獨地也以及在任何希望的組合中對實施本發明是必需的。
參考符號清單
1 傳熱介質迴路
2 循環泵
3 加熱器
4 熱交換器
5 車輛加熱風扇
6 車輛內部
7 加熱器入口
8 加熱器出口
9 計量泵
10 燃燒空氣風扇
11 溫度傳感器
12 控制裝置
權利要求
1.一種控制裝置(12)，用於獨立於發動機的加熱器(3)，特別用於機動車輛的該加熱器(3)加熱傳熱介質迴路(1)的液態傳熱介質，當該傳熱介質的當前溫度梯度((dT/dt)Ist)等於或大於溫度梯度閾值((dT/dt)Schwell)時，該控制裝置(12)減少該加熱器(3)的加熱能力，其特徵在於，該控制裝置(12)根據要達到的該傳熱介質的目標溫度( top= "74" left = "27"/>Soll)與當前傳熱介質溫度( top= "74" left = "90"/>Ist)之間的溫度差值(Δ top= "74" left = "145"/>)，動態地確定該溫度梯度閾值((dT/dt)Schwell)。
2.根據權利要求1所述的控制裝置(12)，其特徵在於，在確定該 溫度梯度閾值((dT/dt)Sehwell)時，該控制裝置(12)還要考慮環境溫度(Tamb)
3.根據權利要求1或2所述的控制裝置(12)，其特徵在於，該控 制裝置(12)通過計算來確定該溫度梯度閾值((dT/dt)Sehwell)。
4.根據前述權利要求之一所述的控制裝置(12)，其特徵在於，該控制裝置(12)藉助以下公式來確定該溫度梯度閾值((dT/dt)Sehwell)see original document page 2 其中，Cl、 C2以及C3是預先確定的並儲存在該控制裝置(12)中的係數.
5.根據權利要求1至3之一所述的控制裝置(12)，其特徵在於， 該控制裝置(12)藉助以下公式確定該溫度梯度閾值((dT/dt)Sehwell)see original document page 2 其中，C1和C2是由該控制裝置(12)根據該環境溫度(T皿b)確定的系 數，而C3是預先確定的並儲存在該控制裝置(12)中的係數。
6. —種特別用於機動車輛的加熱器(3)，具有-獨立於發動機的熱源，該熱源用於加熱位於傳熱介質迴路(1)中的液態傳熱介質， -溫度傳感器(11)，該溫度傳感器用於在該傳熱介質離開該加熱器(3)的出口的周圍檢測該傳熱介質的當前溫度，以及 -根據權利要求1至5之一所述的控制裝置(12)，該控制裝置用 於控制該加熱器(3)的加熱能力。
7. —種特別用於機動車輛的加熱系統，具有-傳熱介質迴路(1)，該迴路充有能夠吸收熱能、將其進一步輸送並在預定位置將其再次輸出的液態傳熱介質，以及 -根據權利要求6用於加熱該傳熱介質的一個加熱器(3)。
8. —種控制方法，用於控制獨立於發動機的加熱器(3)，特別用於 機動車輛的該加熱器(3)加熱傳熱介質迴路(1)的液態傳熱介質，該方 法具有以下步驟-確定該傳熱介質的當前溫度梯度((dT/dt)lst)， -確定溫度梯度閾值((dT/dt)Sehwell)，-將該當前溫度梯度((dT/dt)Ist )與該溫度梯度閾值((dT/dt)Sehwdl)進行比較，並且 -當該當前溫度梯度((dT/dt)Ist)等於或大於該溫度梯度閾值 ((dT/dt)Sehwell)時，減小該加熱器(3)的加熱能力， 其特徵在於，該溫度梯度閾值((dT/dt)Sdwell)是根據要達到的該傳熱介質 的目標溫度(tfs。u)與當前傳熱介質溫度。Ist)之間的溫度差值(AzO動 態地確定的。
9. 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，在確定該溫度梯度閾 值((dT/dt)Schwell)時還考慮了環境溫度(Tamb)。
10.根據權利要求8或9所述的方法，其特徵在於，該溫度梯度閨 ((dT/dt)Schwell)是通過計算來確定的。
11.根據權利要求8至IO之一所述的方法，其特徵在於，該溫度梯度 閾值((dT/dt)Sehwdl)是藉助以下公式來確定的see original document page 4其中，C,、 C2以及C3是預先確定的係數— + c, — + c， AtJ 2 At
12.根據權利要求8至10之一所述的方法，其特徵在於，該溫度梯 度閾值((dT/dt)Sehwell)是藉助以下公式確定的see original document page 4其中，C,和C2是根據該環境溫度(T目b)確定的係數，而C3是預先確定的 係數。
全文摘要
本發明涉及用於一種獨立於發動機的加熱器(3)的一種控制裝置(12)，該加熱器加熱一個特別用於機動車輛的傳熱介質迴路(1)的一種液態傳熱介質。當該傳熱介質的實際溫度梯度((dT/dt)Ist)等於或大於一個溫度梯度閾值((dT/dt)Schwell)時，所述控制裝置(12)減少加熱器(3)的能力。該控制裝置(12)，根據該傳熱介質的一個目標溫度(υSoll)與一個實際溫度(υIst)之間的溫度差值(Δυ)，動態地確定該溫度梯度閾值((dT/dt)Schwell)。本發明還涉及一種加熱器(3)，一種加熱系統(1)、以及用於控制本發明的加熱器(3)的一種方法。
文檔編號G05D23/32GK101346249SQ200680048957
公開日2009年1月14日 申請日期2006年10月23日 優先權日2005年10月24日
發明者K·格特, M·格裡內, N·格哈特 申請人:韋巴斯託股份公司