СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЬНОГО БЕНЗИНОВОГО ОТОПИТЕЛЯ
METHOD OF OPERATION OF THE AUTOMOBILE PETROL HEATER

Изобретение относится к способу эксплуатации автомобильного бензинового отопителя во время запуска процесса сгорания. Такой автомобильный отопитель содержит, как правило, зону форсунок с образованной в ней камерой сгорания. Система подачи топлива обеспечивает подачу топлива в зону форсунок или в камеру сгорания этой зоны. Система подачи необходимого для сгорания воздуха обеспечивает подачу воздуха, необходимого для создания горючей или сгораемой смеси воздуха и топлива, в зону форсунок или в камеру сгорания этой зоны.
В документе DE 10 2005 004 359 А1 раскрыт автомобильный отопитель с зоной форсунок, цилиндрический корпус которой образует камеру сгорания с боковой стенкой и днищем. Днище перекрыто пористой средой испарителя. По заходящему в зону днища топливопроводу жидкое топливо подают посредством системы подачи топлива в пористую среду испарителя. Необходимый для сгорания воздух посредством системы подачи необходимого для сгорания воздуха подают в камеру сгорания через выполненные в боковой стенке отверстия. Предназначенное для запуска процесса сгорания, т.е. для зажигания топливно-воздушной смеси средство зажигания установлено в боковой стенке с небольшим отступом от пористой среды испарителя и выступает из боковой стенки в камеру сгорания.
В документе DE 10 2004 025 772 A1 раскрыт способ эксплуатации подобного бензинового автомобильного отопителя во время запуска процесса сгорания. При таком запуске для теплоотдачи, т.е. и для соответствующей теплоотдачи электромощности накала средства зажигания, задают заданную мощность, а средство зажигания работает в режиме регулирования мощности, за счет чего фактическая мощность соответствует заданной мощности. При этом сигнал запуска, т.е. сигнал начала работы автомобильного отопителя, сначала снижает заданную мощность до более низкого значения, за счет чего проходящий через средство зажигания электроток не может превысить пороговое значение. По истечении заданного времени заданная мощность возрастает, чтобы при соответственно высокой мощности или теплоотдаче обеспечить максимально быстрый нагрев средства зажигания до заданной рабочей температуры. Затем теплоотдачу снова снижают, т.е. задают более низкое штатное значение, чтобы средство зажигания даже при запущенном сгорании и тем самым под воздействием на него теплоты пламени работало, главным образом, с постоянной температурой в пределах заданной рабочей температуры.
Задачей данного изобретения является создание способа эксплуатации бензинового автомобильного отопителя, обеспечивающего эффективную работу предназначенного для запуска процесса сгорания средства зажигания при сниженной опасности тепловой перегрузки средства зажигания.
Согласно изобретению поставленная задача решена посредством способа эксплуатации автомобильного бензинового отопителя во время запуска процесса сгорания, причем автомобильный нагреватель включает зону форсунок с камерой сгорания, систему подачи топлива в зону форсунок, систему подачи необходимого для горения воздуха в зону форсунок, а также по меньшей мере одно средство электрозажигания образованной в камере сгорания топливно-воздушной смеси, причем способ включает следующие этапы:
а) активирование прогрева средства зажигания до начала подачи топлива,
б) с началом фазы зажигания - регистрирование электрического сопротивления средства зажигания и определение заданного сопротивления на основе зарегистрированного с началом фазы зажигания электрического сопротивления средства зажигания,
в) в фазе зажигания - работа средства зажигания в режиме регулирования сопротивления, при которой фактическое сопротивление средства зажигания соответствует определенному на этапе b) заданному сопротивлению средства зажигания.
В способе согласно изобретению средство зажигания сначала до наступления фазы зажигания максимально быстро доводят в фазе прогрева до необходимой для процесса зажигания рабочей температуры. С началом фазы зажигания, т.е. в момент зажигания или непосредственно перед зажиганием находящейся или образуемой в камере сгорания смеси, сначала определяют электрическое сопротивление средства зажигания и, например, одновременно или с задержкой по времени приводят его в рабочий режим, обеспечивающий длительное соответствие электрического сопротивления средства зажигания заданному сопротивлению. Однозначная зависимость электрического сопротивления средства зажигания от температуры средства зажигания обеспечивает длительное соответствие температуры средства зажигания температуре, соотнесенной с заданным сопротивлением. Начинающееся в камере сгорания горение вызывает дополнительное тепловое воздействие на средство зажигания, в способе по данному изобретению автоматически учитывают и во время регулирования сопротивления, если при таком резком энергетическом воздействии можно поддерживать постоянную температуру средства зажигания или же она может резко возрасти, соответственно снижают электрическое сопротивление, т.е. теплоотдачу средства зажигания, чтобы сохранить температуру средства зажигания главным образом постоянной.
Это обеспечивает возможность доведения средства зажигания в фазе прогрева до максимально возможной заданной температуры, необходимой для процесса зажигания, которая только на немного ниже максимально допустимой для такого средства зажигания температуры, так как при переходе в режим регулирования сопротивления дальнейшее нагревание средства зажигания даже с начинающимся сгоранием исключено. Таким образом, средство зажигания в фазе зажигания работает близко к пределу своего максимума мощности без возникновения опасности тепловой перегрузки.
Для способа согласно изобретению предложено с началом фазы зажигания активировать систему подачи топлива в зону форсунок. Таким образом, начало фазы зажигания однозначно с началом работы системы подачи топлива.
В альтернативном варианте выполнения способа систему подачи топлива активируют для поступления топлива в зону форсунок за определенное время до начала фазы зажигания. В рамках данного изобретения это означает, что сначала активируют систему подачи топлива и только с задержкой по времени относительно этого средство зажигания переводят в режим регулирования сопротивления. Эта задержка по времени или временной промежуток до активирования перехода средства зажигания в режим регулирования сопротивления выбирают таким образом, чтобы переход в режим регулирования сопротивления и тем самым задание штатного сопротивления, главным образом пока, не вызывал начало горения в камере сгорания.
В другом альтернативном варианте выполнения способа предложено активирование системы подачи топлива в зону форсунок на заданное время после начала фазы зажигания. Это означает, что сначала осуществляют переход в режим регулирования сопротивления и только после этого, а не с задержкой по времени, запускают систему подачи в камеру сгорания зоны форсунок. Это обеспечивает возможность при переходе в режим регулирования сопротивления фактически пока ещё не запускать процесс сжигания.
Следует учесть, что в качестве отправной точки для начала подачи топлива рассматривают момент определения электрического сопротивления средства зажигания как, например, момент начала фазы зажигания. Как было указано, затем одновременно с этим фиксированием электрического сопротивления или с задержкой по времени в фазе зажигания осуществляют переход в режим регулирования сопротивления. Этот переход в режим регулирования сопротивления с задержкой по времени относительно фиксирования электрического сопротивления также можно рассматривать в качестве отправной точки для начала подачи топлива, которая начинается одновременно с переходом в режим регулирования сопротивления, в заданное время до или в заданное время после него.
Для максимально быстрого достижения средством зажигания в фазе зажигания необходимой для процесса зажигания температуры предложена работа средства зажигания на этапе а) в фазе прогрева в режиме регулирования мощности.
При этом, например, на этапе а) для фазы прогрева средству зажигания задают заданную мощность, а в фазе прогрева средство зажигания работает с фактической мощностью, соответствующей заданной мощности.
Согласно особенно предпочтительному аспекту способа по данному изобретению в фазе зажигания фактическую мощность сопоставляют с эталонной мощностью и затем, если фактическая мощность соответствует эталонной мощности или ниже ее, констатируют процесс горения в камере сжигания. При образовании в камере сжигания пламени и тем самым при начале горения на средство зажигания воздействует тепло горения. Так как регулированием сопротивления в средстве зажигания поддерживают главным образом постоянную температуру, то в соответствии с этим внешним энергетическим воздействием теплоотдачу средства зажигания снижают. Это снижение теплоотдачи или электрической мощности средства зажигания контролируют, чтобы на основе сравнения с заданной эталонной мощностью обеспечить возможность констатации фактического начала процесса горения в камере сгорания. Например, это служит основанием для прекращения возбуждения средства зажигания, так как достаточное внешнее энергетическое воздействие на средство зажигания показывает, что пламя или горение в камере сгорания стабилизировано и поэтому нет необходимости в продолжении работы средства зажигания.
Данное изобретение относится также к бензиновому автомобильному отопителю, включающему зону форсунок с камерой сгорания, систему подачи топлива в зону форсунок, систему подачи необходимого для горения воздуха в зону форсунок, а также по меньшей мере одно средство электрозажигания образованной в камере сгорания топливно-воздушной смеси, а также систему управления средством зажигания, системой подачи топлива и системой подачи необходимого для горения воздуха, причем система управления предназначена для осуществления способа по данному изобретению.
При этом зона форсунок включает цилиндрический корпус камеры сгорания с днищем, перекрытым, по меньшей мере, частично пористой средой испарителя, и с боковой стенкой, причем средство зажигания установлено в боковой стенке с небольшим отступом от пористой среды испарителя, предпочтительно главным образом параллельно обращенной в сторону камеры сгорания стороне пористой среды испарителя и выступает из боковой стенки в камеру сгорания.
Так как при такой конструкции зоны форсунок только относительно малая доля тепловой энергии, производимой средством зажигания, фактически попадает в пористую среду испарителя и, с одной стороны, помогает испарению топлива, а, с другой стороны, обеспечивает в этой зоне создание условий для зажигания, особенно предпочтительна возможность работы средства зажигания с применением способа по данному изобретению при температуре, очень близкой к его максимально допустимой рабочей температуре, и тем самым с возможностью относительно быстрого производства энергии, достаточной для начала горения в камере сгорания.
Настоящее изобретение подробно описано далее с привлечением приложенных чертежей, на которых представлено следующее:
Фиг. 1 - принципиальная схема бензинового автомобильного отопителя.
Фиг. 2 - температура Т в зоне средства зажигания, наложенная на время t.
На Фиг. 1 показан бензиновый автомобильный отопитель, используемый в качестве, например, основного или дополнительного отопителя и условно обозначенный позицией 10. Бензиновый автомобильный отопитель 10 включает зону 12 форсунок с корпусом 14 камеры сгорания 16. Например, в донной зоне 18 корпуса 14 камеры сгорания расположена пористая среда 20 испарителя, в которую через систему 22 подачи топлива, например через насос-дозатор, поступает жидкое топливо из не показанного топливного резервуара. На обращенной от камеры сгорания задней стороне пористой среды 20 испарителя установлена электронагревательная система 24, обеспечивающая, в частности, в фазе запуска испарение топлива В из пористой среды 20 испарителя в направлении камеры сгорания 16.
Для подготовки сгорающей в камере сгорания 16 смеси топлива В и необходимого для сгорания воздуха L установлена система 26 подачи необходимого для сгорания воздуха, например нагнетательный вентилятор в боковом канале. Система 26 подачи необходимого для сгорания воздуха включает мотор 28 вентилятора-нагнетателя и рабочее колесо 30, подающее необходимый для сгорания воздух L в камеру сгорания 16.
Для поджига в камере сгорания 16 смеси, образованной при работе системы 22 подачи топлива и системы 26 подачи необходимого для сгорания воздуха, установлено средство 32 зажигания, например свеча зажигания, работающая, в частности, в фазе запуска от электрического возбуждения, чтобы обеспечить локально, т.е. в зоне средства 32 зажигания, условия для поджига. Образующиеся при горении в камере сжигания 16 газообразные продукты сгорания А выходят из камеры сгорания 16 в зоне пламенной дроссельной заслонки 34 в пламенную трубу 36, открытую в обращенной от камеры сгорания 16 оконечной зоне для теплообмена газообразных продуктов сгорания А с не показанной на Фиг. 1 системой теплообменника. При выходе из системы теплообменника газообразные продукты сгорания А обтекают выполненный, например, в виде температурного датчика датчик 44 пламени, испускающий выходной сигнал, показывающий температуру потока отработавших газов и тем самым констатирующий процесс горения.
Системой 22 подачи топлива, системой 26 подачи необходимого для сгорания воздуха и средством 32 зажигания управляют посредством системы 38 управления. Она управляет или регулирует работу указанных систем во время фазы запуска и во время обычного режима сжигания посредством соответствующих сигналов управления или подведения рабочего напряжения, необходимого для работы этих систем. При этом в частности, средством 32 зажигания управляют путем подведения к нему синхронизированного с импульсной модуляцией напряжения возбуждения, генерируемого на основе напряжения бортовой электрической сети. Варьирование импульсной модуляции изменяет среднее или действующее напряжение и тем самым электрическую мощность или теплоотдачу средства 32 зажигания при наложении подобного напряжения. При этом электрическую мощность или теплоотдачу определяют на основе среднего или действующего напряжения и электротока, проходящего через средство 32 зажигания. Таким образом, зависящее от температуры средства 32 зажигания электрическое сопротивление определяют на основе среднего или действующего напряжения и электротока, проходящего через средство 32 зажигания.
Далее на основе Фиг. 2 описана работа автомобильного бензинового отопителя 10. На Фиг. 2 показан наложенный на время t режим температуры Т средства 32 зажигания во время фазы запуска автомобильного бензинового отопителя 10. Так как средство 32 зажигания включает, как правило, один или несколько сопротивлений с омическими  характеристиками, режим температуры Т на Фиг. 2 отражает и режим электрического сопротивления средства 32 зажигания.
0
1
1
Например, в момент tвремени генерируют сигнал начала работы автомобильного бензинового отопителя 10. С генерированием этого сигнала начала работы или с заданной задержкой по времени в фазе прогрева или фазе преднакала средство 32 зажигания работает предпочтительно в режиме регулирования мощности. При этом для максимально быстрого прогрева средства 32 зажигания до момента t времени действует режим относительно высокой заданной мощности примерно от 115 Вт до 120 Вт. Начиная с момента t времени действует режим с более низкой заданной мощностью около 110 Вт, чтобы температура средства 32 зажигания не превысила его максимально допустимую рабочую температуру. Эта температура составляет, например, от 1300°C до 1350°C.
2
Фаза прогрева, т.е. время до момента времени t, длится строго заданное время при строго заданной штатной мощности, зависящей в отдельных случаях и от температуры окружающей среды или от иных параметров. Во время этой фазы прогрева уже начинает работать система 26 подачи необходимого для сжигания воздуха. С завершением фазы прогрева достаточный нагрев средства 32 зажигания создает рядом с ним достаточно высокую температуру, обеспечивающую возможность зажигания еще не подготовленной смеси необходимого для зажигания воздуха L и топлива В.
2
2
2
В момент времени t переходят в фазу зажигания, начало которой определяет фиксирование электрического сопротивления средства 32 зажигания и непосредственно после фиксирования этого сопротивления или в отдельных случаях с заданной задержкой по времени средство 32 зажигания, например, из режима регулирования мощности переходит в режим регулирования сопротивления. Электрическое сопротивление средства 32 зажигания, используемое для режима регулирования сопротивления в качестве заданного сопротивления, определяют на основе электрического сопротивления в момент времени t, которое в свою очередь также определяют на основе напряжения, приложенного к средству 32 зажигания и электротока в средстве 32 зажигания. Например, заданное сопротивление может соответствовать определенному в момент времени t электрическому сопротивлению средства 32 зажигания.
2
2
С момента времени t посредством текущего регулирования сопротивления электрическое сопротивление и тем самым температуру средства 32 зажигания поддерживают на уровне, соответствующем заданному сопротивлению. Так как протекающее в фазе прогрева регулирование мощности обеспечивает нагрев средства 32 зажигания до его максимально допустимой рабочей температуры, то и в фазе зажигания, т.е. с момента времени t, поддерживают температуру средства 32 зажигания в диапазоне, близком, но ниже максимально допустимой или необходимой для процесса зажигания температуры.
2
Например, с началом фазы зажигания, т.е. к моменту времени t, активируют систему 22 подачи топлива, чтобы одновременно с началом регулирования сопротивления средством 32 зажигания начать подачу топлива В в камеру сгорания 16. Это обеспечивает возможность поступления сразу после начала фазы зажигания паров топлива В, подготовленного в пористой среде 20 испарителя, в камеру сгорания 16, его смешивания с находящимся там воздухом L, необходимым для зажигания, и его воспламенения средством 32 зажигания.
0
В альтернативном варианте, активируя систему 22 подачи топлива еще до перехода в режим регулирования сопротивления, начинают подавать топливо В в пористую среду 20 испарителя или в камеру сгорания 16. Например, подачу топлива начинают в заданное время после инициирования команды запуска, т.е. после момента времени t, и переход в режим регулирования сопротивления, т.е. в фазу зажигания, осуществляют еще через одно заданное время после запуска подачи топлива. Это дополнительное заданное время выбирают предпочтительно так, чтобы в момент начала фазы зажигания воспламенение еще главным образом не началось, а заданное сопротивление определяют или устанавливают главным образом до начала внешнего теплового воздействия на средство 32 зажигания.
В другом альтернативном варианте систему 22 подачи топлива активируют в заданное время после перехода в режим регулирования сопротивления, чтобы обеспечить возможность стабилизации температуры средства 32 зажигания к моменту начала фактической подачи топлива в камеру сгорания 16.
В фазе зажигания находящуюся в камере сгорания 16 смесь топлива В и необходимого для сгорания воздуха L поджигают, чтобы начать горение в камере сгорания 16. Это горение обеспечивает тепло, воздействующее на средство 32 зажигания. Если теплоотдача средства 32 зажигания остается постоянной, то это повлечет за собой дополнительный нагрев средства 32 зажигания и опасность превышения его максимально допустимой рабочей температуры. Однако регулирование сопротивления и тем самым регулирование температуры средства 32 зажигания согласно изобретению снижают теплоотдачу средства 32 зажигания с ростом внешнего энергетического воздействия на него, чтобы сохранить температуру и тем самым электрическое сопротивление главным образом постоянными.
2
2
2
При наблюдении во время фазы зажигания за электрической мощностью средства 32 зажигания путем сравнивания с эталонной мощностью устанавливают наличие в камере сгорания 16 достаточно мощного горения или такую стабилизацию сгорания, при которой необходимо существенное снижение теплоотдачи средства 32 зажигания для предотвращения повышения температуры. В качестве эталонной мощности рассматривают, например, мощность, определенную на основе электрической мощности средства 32 зажигания на начало фазы зажигания, т.е. на момент времени t. Например, эталонную мощность определяют как процентную долю, например 50%, мощности на момент времени t. Если теплоотдача ниже этого показателя, то это используют в качестве индикатора достаточно стабильного сгорания и соответственно прекращают возбуждение средства 32 зажигания, например, в момент времени t. Также наблюдают за изменением по времени, т.е. за временной градиентной мощностью средства 32 зажигания, и при превышении определенного эталона, т.е. при сильном снижении мощности, констатируют начало сгорания. Наблюдение за мощностью средства 32 зажигания, по меньшей мере, в этой фазе заменяет функционал датчика 44 пламени. Фиксирование или предоставление средством 32 зажигания этой информации непосредственно для зоны сгорания существенно убыстряет реагирование на начало сгорания, например, прекращением возбуждения средства 32 зажигания или остановкой работы системы 24 нагрева, активированной в фазе запуска для обеспечения испарения топлива.
Описанную выше совокупность действий особенно предпочтительно применяют, если средство 32 зажигания, как показано на Фиг. 1, выходя из боковой стенки 40, проходит главным образом параллельно обращенной в сторону камеры сгорания 16 стороне 42 пористой среды 20 испарителя. Так как при таком расположении средства 32 зажигания фактически используют только небольшую часть испускаемой им энергии для создания условий зажигания или для поджига топливно-воздушной смеси, то для обеспечения максимально короткой фазы запуска предпочтительна и обеспечена данным изобретением работа средства 32 зажигания при близкой к его максимально допустимой рабочей температуре, несмотря на то, что средство 32 зажигания во время процесса сгорания находится непосредственно в зоне очень высоких температур горения. Совокупность действий по данному изобретению также применима в автомобильном бензиновом отопителе, в котором средство зажигания установлено в выходящей из боковой стенки 40 трубообразной насадке, в которой оно непосредственно не подвержено воздействию высоких температур горения. При таком исполнении также предпочтительно на основе способа по данному изобретению максимально быстрое доведение средства зажигания до очень высокой температуры и его стабилизирование при этой температуре. Совокупность действий по данному изобретению также применима в автомобильном бензиновом отопителе с несколькими средствами зажигания, активируемыми, например, одновременно для запуска процесса горения в камере сгорания.