(57)【要約】  本発明は、燃料式車両用ヒータ（１０）の燃焼室（３２）に供給される燃焼用空気と、供給される燃料との燃焼用空気比λを、期間Δｔにわたり、開始値λｓｔａｒｔ＞１から範囲λ＜λｓｔａｒｔまで低下させること（１３０）を含む、燃料式車両用ヒータ（１０）の動作方法（１００）に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料式車両用ヒータ（１０）の動作方法（１００）であって、
前記燃料式車両用ヒータ（１０）の燃焼室（３２）に供給される燃焼用空気と、供給される燃料との燃焼用空気比λを、期間Δｔにわたり、開始値λｓｔａｒｔ＞１から範囲λ＜λｓｔａｒｔまで低下させること（１３０）を含む、方法（１００）。
【請求項２】
前記期間Δｔの間、前記燃焼用空気比λは、λ＜λｓｔａｒｔの範囲内の一定値範囲内に維持される、請求項１に記載の方法（１００）。
【請求項３】
前記期間Δｔの後、前記燃焼用空気比λは、λ＞１の前記燃焼用空気比の最終値範囲に戻される、請求項１又は２に記載の方法（１００）。
【請求項４】
前記期間Δｔの長さは、２分から５分の間である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項５】
燃焼空気室（３２）に供給される燃焼用空気の量が減少される、及び／又は、燃焼空気室（３２）に供給される燃料の量が増加される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項６】
前記燃焼室（３２）に供給される前記燃焼用空気の量、及び／又は、前記燃焼室（３２）に供給される前記燃料の量は、センサ（２８）によって検出された空気圧に応じて決定される、請求項５に記載の方法（１００）。
【請求項７】
前記燃焼用空気比λを前記範囲λ＜λｓｔａｒｔまで低下させること（１３０）は、
前回に低下（１３０）させてからの前記燃料式車両用ヒータ（１０）の動作時間に基づいて開始され、
及び／又は、
前記センサ（２８）によって検出された空気圧に基づいて終了される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法（１００）を実行するように構成された制御ユニット（１６）を有する燃料式車両用ヒータ（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料式車両用ヒータと、その動作方法とに関する。
【発明の概要】
【０００２】
燃料式車両用ヒータの燃焼室に供給される燃焼用空気と供給される燃料との燃焼用空気比λを、期間Δｔにわたり、開始値λｓｔａｒｔ＞１からλ＜λｓｔａｒｔまでの範囲で低下させることを含む、燃料式車両用ヒータの動作方法が開示されている。燃焼用空気比λは空気比又は空気数としても知られており、供給された燃焼用空気と供給された燃料との間の質量比の無次元数である。燃焼用空気比λ＝１は、存在する燃料と、燃焼用空気中に存在する酸素との化学量論的な燃焼、すなわち完全な燃焼を意味する。λ＞１の値は、同じ期間中に供給された燃料の完全燃焼のために必要な量よりも多くの燃焼用空気が供給されている、希薄燃料／燃焼用空気混合を表す。燃焼用空気比λの低下は、たとえば、燃料式車両用ヒータの進行中の動作中に生じることがあり、燃焼用空気比λが低下するまでは燃料式車両用ヒータが安定した定常動作状態にある。この安定した定常動作状態では、燃焼用空気比λ＝λｓｔａｒｔを一定にすることができる。定常開始値λｓｔａｒｔの例は、たとえば、１．５から２．０の間の値でもよい。定常開始値λｓｔａｒｔはまた、たとえば、燃料式車両用ヒータの定格出力に依存して変動することがある。たとえば、定常開始値λｓｔａｒｔ＝１．８は、１５ｋＷを有する燃料式車両用ヒータの場合に生じ、定常開始値λｓｔａｒｔ＝１．７は１２ｋＷの定格出力を有する燃料式車両用ヒータの場合に生じうる。したがって、定常開始値λｓｔａｒｔから燃焼用空気比λが低下する範囲λ＜λｓｔａｒｔは、たとえば１．１から１．４となることがある。特に、燃焼用空気比λが開始値λｓｔａｒｔから低下する範囲は、λ＝１を完全に超えている。開始値λｓｔａｒｔと比較して、燃焼用空気比λの低下後に比較的高い燃料／燃焼用空気比が得られる。この比較的高い燃料／燃焼用空気混合は、コークス又は煤煙のような燃焼室内に堆積した残留物を燃焼除去し、分解するのに適している。したがって、上記の開示の方法は、経時的に残留物が燃焼室に蓄積することがなくなるので、車両用ヒータを再生するのに適している。これにより、燃焼室内に残留物が形成されることによって燃料式車両用ヒータに生じる潜在的誤動作が防止することができる。そのような誤動作には、一酸化炭素放出の増加、煤煙粒子の放出の増加、及び／又は、燃料式車両用ヒータ動作中のノイズの増加が含まれる。更に、燃焼室内の残留物はまた、起動挙動の悪化、すなわち、燃料式車両用ヒータの点火挙動の悪化をもたらし、その結果、特に起動フェーズ中に排気放出及び煤煙粒子放出が増大させうる。これは、燃焼室内における残留物の形成のために、燃料式車両用ヒータの起動に繰り返し失敗するという燃料式車両用ヒータの完全な故障を招く可能性がある。
【０００３】
上記の問題は、開示される方法によって解決又は軽減される。
【０００４】
有効的には、期間Δｔ中、燃焼用空気比λをλ＜λｓｔａｒｔの範囲における一定値範囲内に維持することができる。期間Δｔ中に燃焼用空気比λを一定値範囲内に維持することによって、燃焼室内の残留物を制御下で、特に均一に燃焼させることができる。期間の長さは実験的に決定することができ、それぞれのタイプの燃料式車両用ヒータについて予め設定してもよい。燃焼室内の残留堆積物の量に基づいて期間Δｔの長さを動的に決定することも考えられる。燃焼室内に堆積した残留物の量に関する結論は、たとえば、燃料式車両用ヒータの起動挙動から間接的に引き出すことができる。この目的のために、たとえば、燃料式車両用ヒータの起動フェーズ中に温度及び排気放出値を監視してもよく、好ましくない経過の場合には、次に燃焼用空気比λを一定値範囲内で低下させる間に期間Δｔを延長してもよい。一定値範囲は、たとえば、好ましい目標値λｔａｒｇｅｔを中心に規定してもよい。燃焼用空気比λを、一定値範囲ではなく、一定目標値λｔａｒｇｅｔに維持してもよい。
【０００５】
燃焼用空気比λを、期間Δｔ後に、λ＞１の燃焼用空気比の最終値範囲に戻すことは有効である。これにより、燃料式車両用ヒータは、実質的に再生の完了、すなわち燃焼室内の残留物の燃焼が完了した後に、元の通常の動作状態に戻る。最終値の範囲は、開始値λｓｔａｒｔを含むことが好ましい。燃焼用空気比λを開始値λｓｔａｒｔに戻すことにしてもよい。
【０００６】
更に、期間Δｔの長さは２分から５分の間でもよい。期間Δｔは４分であることが好ましい。２分から５分の間である上記の期間中に、通常、燃焼室内の残留物が完全燃焼することが予想される。このようにして、期間Δｔの経過後に、燃料式車両用ヒータの再生は実質的に終了し、完了する。
【０００７】
燃焼空気室に供給される燃焼用空気の量を減少させる、及び／又は、燃焼空気室に供給される燃料の量を増加することは有効である。供給される燃焼用空気の量を減少させる、及び供給される燃料の量を増加させることによって、個別に又は集合的に、燃焼用空気比λを所望のようにλ＜λｓｔａｒｔの範囲で減少させることができる。
【０００８】
燃焼室に供給される燃焼用空気の量及び／又は燃焼室に供給される燃料の量は、センサによって検出される空気圧に応じて決定することは有効である。空気圧を変化させることによって、供給空気量を変化させることなく、燃焼室に供給される空気質量を変化させる。これは、検出された空気圧の関数として供給される空気量及び供給される燃料量を変化させることによって補償することができ、それによって所望の燃焼用空気比λが確実に維持される。
【０００９】
更に、燃焼用空気比λの、λ＜λｓｔａｒｔの範囲への低下は、前回の低下からの車両用ヒータの動作時間に基づいて開始され、及び／又は、センサによって検出された空気圧に基づいて終了されるようにしてもよい。燃焼用空気比λの低下を、前回の低下からの車両用ヒータの動作時間に関連付けることによって、燃料式車両用ヒータを実質的に周期的に再生させることができる。燃料式車両用ヒータが初めて動作されるとき、この時点で燃焼室に残留物がないので、最初の起動を前回の低下時と見なすことができる。更に、燃料式車両用ヒータの再生を、動作時間とは無関係に、一定期間後、すなわち１年に１回行うようにしてもよい。検出された空気圧に基づいて低下プロセスを停止することにより、低下プロセス中に高い標高において、所望の燃焼用空気比λが一定の目標値λｔａｒｇｅｔ未満まで低下してしまうことを防ぐことができる。これは、たとえば、山道において、燃焼用空気比λが低下している間に車両が大きな高低差を走行し、その結果空気圧が低下して、燃焼空気室に供給される燃焼用空気が少なくなる場合に起こりうる。
【００１０】
上述の方法を実行するように構成された制御ユニットを有する燃料式車両用ヒータも開示される。
【００１１】
上述の本発明は、好ましい設計を用いて添付の図面を参照しながら例として説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】燃料式車両用ヒータを動作させるための方法のフロー図である。
【図２】燃料式車両用ヒータの概略表現である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、燃料式車両用ヒータを動作させるための方法のフロー図を示す。開示される方法１００は、開始１１０で開始する。開始１１０から開始して、システムは、条件が満たされているか否かを判定する（ステップ１２０）。たとえば、前回の低下からの車両用ヒータの動作時間を条件として用いることができる。また、前回の低下からの合計経過時間も条件として用いることができる。２回の低下フェーズ間の動作時間を、たとえば８時間から３０時間に想定しもよい。動作時間は８時間から１２時間であることが好ましく、１０時間が次の低下までの好ましい動作時間である。２回の低下の間の最大期間は、たとえば１年である。条件が満たされない場合（ステップ１２０−No）、開始１１０に戻る。条件が満たされている場合（ステップ１２０−Yes）、ステップ１３０で低下を続ける。図１に関して明示的に述べた条件、すなわち前回の低下からの車両用ヒータの動作時間及び前回の低下からの最大期間に加えて、この開示の他の箇所で述べた他の条件もまた、低下を開始するために使用してもよい。ステップ１３０において、燃焼用空気比λは、開始値λｓｔａｒｔ＞１から、１＜λ＜λｓｔａｒｔの値の範囲へ低下される。開始値λｓｔａｒｔは、たとえば、１．７又は１．８でもよい。低下される値の範囲１＜λ＜λｓｔａｒｔは、たとえば、１．１から１．５までの範囲としてもよい。低下は、一定値λｔａｒｇｅｔまで実行されることが好ましい。λｔａｒｇｅｔは、たとえば、１．２でもよい。燃焼用空気比λの低下は、たとえば、供給される燃焼用空気を減少させることによって行うことができる。これは、たとえば、空気供給を絞る、又は、燃焼用空気を燃焼室に供給するファンのファン速度を下げることによって行うことができる。また、たとえば、燃料ポンプの吐出量を増やすことによって供給される燃料の量を変えてもよい。このようにして、燃焼用空気比も、所望の範囲にシフトすることができる。供給される燃焼用空気を減少させる場合は、供給される燃料の量が実質的に変化しないままであるため、燃料式車両用ヒータの火力が低下フェーズ中ほぼ一定に維持されるので、供給される燃料の量を増加させる場合よりも有利である。燃焼用空気及び／又は燃料用の適切な供給器を所望の値に直接切り換えることによって、実質的にほぼ段階的に燃焼用空気及び／又は燃料を低下させることができる。低下に続き、ステップ１４０において、開始された低下フェーズが終了されるべきか否かを判定してもよい。対応する基準は、たとえば、期間Δｔの満了であり、この判定はステップ１３０での低下の開始と共に開始してもよい。期間Δｔの長さは、２分から５分の間でもよく、４分が好ましい。低下フェーズを終了させるための更なる基準として、車両ヒータ付近の空気圧を用いることもできる。これは、燃焼用空気の供給器の動作を一定にしたままで空気圧を低下させた場合、燃焼室に供給される空気質量が低下するからである。低下フェーズがまだ終了していない場合（ステップ１４０−No）、後続するステップ１６０において、先の動作状態が実質的に維持されるだけ、すなわち、再生が継続される。この時点から、低下フェーズを終了すべきか否か再び判定される（ステップ１４０）。低下フェー��を終了する状態が存在する場合（ステップ１４０−Yes）、後続するステップ１５０において、車両用ヒータは元の動作状態に戻される。これは、たとえば、低下が以前にどのように実行されたかに応じて、供給される燃焼用空気の量を増加させる、及び／又は、供給される燃料の量を元の初期値まで減少させることによって行うことができる。方法１００は、その後、ステップ１１０において再開又は継続され得る。
【００１４】
図２は、燃料式車両用ヒータ１０を概略的に図示する。燃料式車両用ヒータ１０は、燃料ライン１２及び燃焼用空気ライン１４を有し、これらを介して燃料式車両用ヒータに燃料及び燃焼用空気がそれぞれ供給される。供給された燃料は、燃料ポンプ２０によって投与され、燃焼室３２に供給される。ノズル３０は、燃焼室３２内に配置され、供給された燃料を噴霧するように作用する。空気制御デバイス１８、たとえばブロワ及び／又はスロットル・デバイスを介して、燃料式車両用ヒータ１０に供給される燃焼用空気を燃焼室３２に供給してもよい。
【００１５】
燃焼室内では、噴霧された燃料と供給された燃焼用空気とが、単位時間当たりに供給された燃料と空気の質量に依存した燃焼用空気比λを有する燃料／燃焼用空気混合を形成する。制御ライン２２を介して空気制御デバイス１８を制御し、且つ、更なる制御ライン２４を介して燃料ポンプ２０を制御する制御ユニット１６を介して、燃焼用空気比λを調整することができる。図２には明確に示されていないが、燃料式車両用ヒータの排気ガス排出量は、当然存在している。同様に図示されていない排気ガスの排出には、たとえば燃料式車両用ヒータの排気ガス排出量の値、たとえば煤煙数及び一酸化炭素の量を監視することができるセンサが存在してもよい。図２は、たとえば燃料式車両用ヒータ１０の近傍の周囲圧力を検出することができるセンサ２８を示す。制御ユニット１６は、特に上述した方法を実行するように構成することができる。
【００１６】
上記の説明、図面及び特許請求の範囲に開示された本発明の特徴は、本発明を実現するために、個々に又は任意の組み合わせで不可欠であり得る。
【符号の説明】
【００１７】
１０  車両用ヒータ
１２  燃料ライン
１４  燃焼用空気ライン
１６  制御ユニット
１８  空気制御デバイス
２０  燃料ポンプ
２２  制御ライン
２４  更なる制御ライン
２８  センサ
３０  ノズル
３２  燃焼室
１００  方法
１１０  開始
１２０  条件が満たされているか？
１３０  低下
１４０  終了？
１５０  戻る
１６０  維持
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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