DE10111077C2

DE10111077C2 - Verfahren zum Regeln eines Brenners eines Gasverbrennungsgeräts

Info

Publication number: DE10111077C2
Application number: DE10111077A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Pfotzer; Juergen Grossmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-03-08
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2003-11-06
Anticipated expiration: 2021-03-09
Also published as: EP1239220A3; EP1239220B1; DE10111077A1; DE50111790D1; EP1239220A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Gasverbrennungsgerätes, insbesondere ein Gasheizgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Ein solches Verfahren wird beispielsweise bei einem Gasverbrennungsgerät der EP 770 824 A2 angewandt. Dabei weist das Gasverbrennungsgerät ein Stellglied in Form einer Gasarmatur auf, mit dem ein Mischungsverhältnis von Brenngas und Luft einstellbar ist, wobei die so eingestellte Mischung aus Brenngas und Luft einem Brenner des Gerätes zur Verbrennung zugeführt wird. Bei modernen Gasverbrennungsgeräten ist im Abgasstrang ein Sensor, z. B. eine λ-Sonde oder gemäß der EP 770 824 A2 eine Ionisationssonde, angeordnet, um so einen λ-Wert zu sensieren, der mit dem Sauerstoffgehalt des Abgases korreliert. Dieser λ-Sensor ist mit einem Regelsystem verbunden, das außerdem mit dem Stellglied gekoppelt ist. Dieses Regelsystem ermöglicht nun eine λ-geführte Regelung des Stellgliedes, d. h. das Regelsystem führt einen Soll-Ist-Vergleich eines vom λ-Sensor ermittelten λ-Istwertes mit einem am Regelsystem eingestellten oder darin gespeicherten λ-Sollwert durch und betätigt in Abhängigkeit dieses Soll-Ist-Vergleichs das Stellglied, um so den gewünschten λ- Sollwert einzuregeln. Der vorgegebene λ-Sollwert entspricht dabei einem optimalen Arbeitspunkt des jeweiligen Gasverbrennungsgerätes, bei dem beispielsweise eine minimale Schadstoffemission und eine lange Lebensdauer für das Gasverbrennungsgerät erreicht werden.

Bei einem Verfahren der DE 196 18 573 C1 erfolgt die Lamda-Regelung zwischen zwei Grenzwerten, wobei die Regelung eine zeitliche Grenze in der Weise besitzt, dass erst bei einer um eine vorgegebene Zeitdauer vorliegenden Überschreitung des zugelassenen Regelbereiches eine Abschaltung des Brenners anhand der aktuellen Stellgröße erfolgt.

Durch Verschmutzung und/oder Alterung des Gasverbrennungsgerätes kann es im Laufe der Betriebszeit des Gerätes dazu kommen, dass ein oberer oder unterer Grenzwert für die am Stellglied einstellbare Stellgröße erreicht wird. Eine über diese Grenzwerte hinausgehende Regelung ist nicht realisierbar, so dass das Gasverbrennungsgerät zunehmend in einem Arbeitspunkt betrieben wird, der sich mehr und mehr vom optimalen Arbeitspunkt entfernt. Dementsprechend können die Schadstoffe im Abgas die zulässigen Grenzwerte überschreiten; gleichzeitig kann sich dadurch die Lebensdauer des Brenners bzw. des gesamten Gasverbrennungsgerätes reduzieren. Schließlich kann das Gasverbrennungsgerät ausfallen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die Kenntnis des Ausfallzeitpunkts, bei dem die Stellgröße einen ihrer Grenzwerte erreicht, rechtzeitig eine Wartung oder Inspektion des Gasverbrennungsgerätes durchgeführt werden kann, bevor es zu einem Betrieb des Gerätes außerhalb des optimalen Arbeitspunktes und bevor es zu einem Ausfall des Gerätes kommt. Die Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen Gasverbrennungsgerätes kann dadurch insgesamt erhöht werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das Regelsystem ein Warnsignal erzeugen, wenn der berechnete Ausfallzeitpunkt innerhalb einer vorbestimmten Mindestzeitspanne liegt. Hierdurch wird die Sicherheit, dass eine Wartung oder Inspektion des Gerätes noch vor seinem Ausfall durchgeführt wird, zusätzlich erhöht, da das Warnsignal den Betreiber oder Verwender des Gerätes rechtzeitig warnt. Ein solches Warnsignal kann beispielsweise durch ein entsprechendes Lichtzeichen an einem Display des Gerätes realisiert sein.

Zusätzlich oder alternativ kann das Regelsystem auch dann ein Warnsignal erzeugen, wenn der Ausfallzeitpunkt bereits erreicht oder überschritten ist. Durch diese Maßnahme kann dem Betreiber oder Verwender des Gasverbrennungsgerätes die erhöhte Dringlichkeit zur Durchführung einer Inspektion oder Wartung signalisiert werden.

Beispielsweise kann in den historischen zeitlichen Verlauf der Stellgröße eine Gerade interpoliert werden, deren Extrapolation den zukünftigen zeitlichen Verlauf der Stellgröße ergibt. Aus der Länge der extrapolierten Geraden bis zu einem Schnittpunkt mit dem jeweiligen Grenzwert der Stellgrößen kann dann der Ausfallzeitpunkt ermittelt werden.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 eine schaltplanartige Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Gasverbrennungsgerätes und

Figur ein Diagramm zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Stellgrößen eines Stellgliedes des Gasverbren nungsgerätes.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Entsprechend Fig. 1 weist ein nur teilweise darge stelltes Gasverbrennungsgerät 1 einen Brenner 2 auf, der in einem Brennraum 3 angeordnet ist. Das Gasverbrennungs gerät 1 kann beispielsweise als Gasheizgerät ausgebildet sein und in einer Heizungsanlage eines Gebäudes zum Ein satz kommen. Das Gasverbrennungsgerät 1 weist außerdem ein Stellglied 4 auf, das hier durch eine Gasmischarmatur gebildet ist. Das Stellglied 4 ist eingangsseitig an eine Luft leitung 5 und an eine Brenngasleitung 6 angeschlossen, über die das Stellglied 4 mit Luft bzw. Brenngas versorgt wird. Ausgangsseitig ist an das Stellglied 4 eine Gemischleitung 7 angeschlossen, die das vom Stellglied 4 erzeugte Brenngas- Luft-Gemisch dem Brenner 2 zuführt.

An die Brennkammer 3 ist eine Abgasleitung 8 an geschlossen, in der ein Sensor 9 angeordnet ist. Dieser Sen sor 9, der beispielsweise als λ-Sonde ausgebildet ist, kann den Sauerstoffgehalt λ des über die Abgasleitung 8 aus dem Brennraum 3 abgeführten Verbrennungsabgases ermitteln.

Das Gasverbrennungsgerät 1 weist außerdem ein Regelsystem 10 auf, das über eine Signalleitung 11 mit dem Sensor 9 und über eine Steuerleitung 12 mit dem Stellglied 4 verbunden ist. Das Regelsystem 10 enthält beispielsweise einen Mikroprozessor 13 sowie einen damit zusammenwir kenden Speicher 14. Das Regelsystem 10 kann außerdem eine erste Signalleuchte 15 sowie eine zweite Signalleuchte 16 aufweisen.

In dem in Fig. 2 dargestellten Diagramm sind auf der Ordinate die Stellgröße y des Stellglieds 4 und auf der Abzisse die Zeit t aufgetragen. Der obere Grenzwert und der untere Grenzwert der am Stellglied 4 einstellbaren Stellgrö ßen y sind mit y_max und y_min bezeichnet.

Das erfindungsgemäße Gasverbrennungsgerät 1 arbeitet wie folgt:
Das Regelsystem 10 ist so ausgebildet, daß es für das Gas verbrennungsgerät 1 bzw. für den Brenner 2 im Betrieb ei nen optimalen Arbeitspunkt einregelt. Diesem Arbeitspunkt ist eine bestimmte Sollgröße für den λ-Wert im Abgas zuge ordnet. Dieser λ-Sollwert ist beispielsweise im Speicher 14 abgelegt. Dementsprechend führt das Regelsystem 10 eine λ-geführte Regelung des Stellgliedes 4 durch, indem das Regelsystem 10 in Abhängigkeit eines Soll-Ist-Vergleichs zwischen dem gespeicherten λ-Sollwert und dem von der Sonde 9 aktuell ermittelten λ-Istwert das Stellglied 4 betä tigt. Die Betätigbarkeit des Stellgliedes 4 ist durch die Grenzwerte y_min und y_max der am Stellglied 4 einstellbaren Stellgrößen y begrenzt. Das Stellglied 4 und das Regelsy stem 10 sind so ausgebildet und so miteinander verbunden, daß das Regelsystem 10 stets die aktuell am Stellglied 4 ein gestellte Stellgröße y kennt. Außerdem kennt das Regelsy stem 10 die Grenzwerte y_min und y_max. Die Regelung kann permanent oder zyklisch getaktet durchgeführt werden.

Das Regelsystem 10 ist so ausgebildet, daß es ei nen historischen zeitlichen Verlauf V_h der am Stellglied 4 eingestellten Stellgrößen y erfaßt. Durch die verschiedenen Regelungseingriffe des Regelsystems 10 ergibt sich für den historischen Verlauf V_h beispielsweise die in Fig. 2 gezeigte Schlangenlinie. Das Regelsystem 10 kann nun für einen ak tuellen Zeitpunkt t₀ aus dem historischen zeitlichen Verlauf V_h einen zukünftigen zeitlichen Verlauf V_z für die am Stell glied 4 einzustellenden Stellgrößen y berechnen. In der Aus führungsform gemäß Fig. 2 wird hierfür eine Gerade durch den historischen Verlauf V_h gelegt (interpoliert). Dieser zu künftige zeitliche Verlauf V_z wird nun mit demjenigen Grenzwert y_max oder y_min geschnitten, auf den sich der histo rische zeitliche Verlauf V_h zubewegt. Im vorliegenden Fall steigt der historische Verlauf V_h an, so daß der zukünftige Verlauf V_z den oberen Grenzwert y_max bei I schneidet. Aus diesem Schnittpunkt I kann nun ein in der Zukunft liegender Ausfallzeitpunkt t₂ bestimmt werden. Ausgehend von die sem Ausfallzeitpunkt t₂ kann dann ein Warnzeitpunkt t₁ er mittelt werden, der sich aus einer vorbestimmten Mindest zeitspanne t_min ergibt, die in Fig. 2 durch eine geschweifte Klammer gekennzeichnet ist. Diese Mindestzeitspanne t_min ist im Regelsystem 10 gespeichert und kann sich aus War tungsintervallen ergeben und beispielsweise eine Zeitspanne von zwei bis drei Monate betragen.

Das Regelsystem 10 überprüft nun, ob eine vom aktuellen Zeitpunkt t₀ bis zum errechneten Ausfallzeitpunkt t₂ verbleibende Zeitspanne t_v größer ist als die vorbestimmte Mindestzeitspanne t_min. Die verbleibende Zeitspanne t_v ist in Fig. 2 ebenfalls durch eine geschweifte Klammer gekenn zeichnet. Mit anderen Worten: Das Regelsystem 10 über prüft, ob ausgehend vom aktuellen Zeitpunkt t₀ nach Ablauf der Mindestzeitspanne t_min der Ausfallzeitpunkt t₂ erreicht ist.

Sobald der historische Verlauf V_h soweit fortge schritten ist, daß der aktuelle Zeitpunkt t₀ innerhalb der Min destzeitspanne t_min liegt, erzeugt das Regelsystem 10 ein Warnsignal, beispielsweise durch eine blinkende Betätigung der ersten Signalleuchte 15. Durch die Auswahl der Min destzeitspanne t_min wird einerseits gewährleistet, daß hinrei chend Zeit zur Verfügung steht, um rechtzeitig eine Inspek tion oder Wartung des Heizgerätes 1 durchführen zu kön nen. Andererseits ergibt sich durch die Mindestzeitspanne t_min eine Sicherheitsreserve y_r für die bis zum oberen Grenz wert y_max noch am Stellglied 4 einstellbaren Stellgrößen y. Hierdurch kann eine sichere Regelung des Stellglieds 4 und somit ein ordnungsgemäßer Betrieb des Brenners 2 bzw. des Gerätes 1 zumindest zu Beginn der Mindestzeitspanne t_min gewährleistet werden. Die genannte Sicherheitsreserve y_r ergibt sich dabei aus einer Schnittstelle II des Warnzeitpunk tes t₁ mit dem zukünftigen zeitlichen Verlauf V_z.

Die hier vorgesehene zweite Signalleuchte 16 wird vom Regelsystem 10 dann aktiviert, wenn der historische zeitliche Verlauf V_h den Ausfallzeitpunkt t₂, also die Schnittstelle I erreicht oder übersteigt. Das heißt, wenn der aktuelle Zeitpunkt t₀ mit dem Ausfallzeitpunkt t₂ zusam menfällt. Spätestens ab diesem Zeitpunkt t₂ kann ein ord nungsgemäßer Betrieb des Brenners 2 bzw. des Geräts 1 im optimalen Arbeitspunkt nicht mehr gewährleistet werden.

Obwohl in der beschriebenen Ausführungsform ein ansteigender zeitlicher Verlauf V der Stellgröße y be schrieben worden ist, kann die Stellgröße y im Verlaufe der Zeit t auch abfallen, wobei dann Entsprechendes für den un teren Grenzwert y_min gilt.

Bezugszeichenliste

1

Gasverbrennungsgerät

2

Brenner

3

Brennraum

4

Stellglied

5

Luftleitung

6

Brenngasleitung

7

Gemischleitung

8

Abgasleitung

9

Sensor

10

Regelsystem

11

Signalleitung

12

Steuerleitung

13

Mikroprozessor

14

Speicher

15

erste Signalleuchte

16

zweite Signalleuchte
y Stellgröße
y_max

oberer Grenzwert
y_min

unterer Grenzwert
y_r

Sicherheitsreserve
t Zeit
t₀

aktueller Zeitpunkt
t₁

Warnzeitpunkt
t₂

Ausfallzeitpunkt
t_min

Mindestzeitspanne
t_v

verbleibende Zeitspanne
V_h

historischer zeitlicher Verlauf
V_z

zukünftiger zeitlicher Verlauf

Claims

1. Verfahren zum Regeln eines Brenners eines Gasverbrennungsgeräts, insbesondere Gasheizgerät, mit einem Stellglied (4), mit dem ein Mischungsverhältnis von Brenngas und Luft eingestellt wird, mit einem Sensor (9), mit dem einem λ-Wert sensiert wird, der mit dem Sauerstoffgehalt des Abgases korreliert, und mit einem Regelsystem (10), das mit dem Stellglied (4) und mit dem Sensor (9) gekoppelt ist und das eine λ-geführte Regelung des Stellgliedes (4) durchführt, wobei das Regelsystem (10) die am Stellglied (4) eingestellte Stellgröße (y) und die Grenzwerte (Y_max, Y_min) der am Stellglied (4) einstellbaren Stellgrößen (y) kennt, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem (10) aus dem historischen zeitlichen Verlauf (V_h) der Stellgröße (y) einen zukünftigen zeitlichen Verlauf (V_z) der Stellgröße (y) berechnet, und anhand des zukünftigen zeitlichen Verlaufes (V_z) einen Ausfallzeitpunkt (t₂) ermittelt, bei dem die Stellgröße (y) einen ihrer Grenzwerte (Y_max, Y_min) erreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem (10) ein Warnsignal erzeugt, wenn der berechnete Ausfallzeitpunkt (t₂) innerhalb einer vorbestimmten Mindestzeitspanne (t_min) liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem (10) ein Warnsignal erzeugt, wenn der Ausfallzeitpunkt (t₂) erreicht oder überschritten ist.