DE102011111453A1

DE102011111453A1 - Method for adjusting air ratio of combustion air-fuel mixture to desired air speed in air-fuel mixture combustion, involves controlling air ratio, when variation of combustion air flow or fuel quantity is less than or equal to variation

Info

Publication number: DE102011111453A1
Application number: DE102011111453A
Authority: DE
Inventors: Martin Kiefer; Sungbae Park; Gordy Köllmann; Xiaochuan Pian; Albrecht Schäfer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2013-02-28

Abstract

The adjusting method involves controlling air ratio, when variation of the combustion air flow or fuel quantity is less than or equal to a variation, and speed variation of the combustion air flow or fuel quantity is less than or equal to a limit speed. An assignment function is carried out during a control phase in predetermined time intervals, and a function of operating conditions is generated. After an initial start-up or burner start-up after repair, the variation velocity of the combustion air flow and amount of fuel is temporarily limited to a value smaller or equal to the speed limit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen einer Luftzahl eines Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemischs auf eine Soll-Luftzahl bei einer Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemischverbrennung in einem Heizgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for setting an air ratio of a combustion air-fuel mixture to a desired air ratio in a combustion air-fuel mixture combustion in a heater according to the preamble of claim 1.

Solche Heizgeräte umfassen einen Verbrennungsluftdosierer, z. B. einen durchsatzvariablen (drehzahlvariablen) Ventilator oder ein Gebläse, zum Variieren einer Verbrennungsluftmenge sowie einen Brennstoffdosierer, z. B. ein durchsatzvariables Brennstoffventil und/oder eine Brennstoffpumpe, zum Variieren einer Brennstoffmenge. Mit Verbrennungsluftdosierer und Brennstoffdosierer ist die Verbrennungsleistung des Heizgerätes modulierbar.Such heaters include a combustion air meter, e.g. B. a flow variable (variable speed) fan or a fan, for varying a quantity of combustion air and a fuel meter, z. B. a flow rate variable fuel valve and / or a fuel pump, for varying a fuel amount. With combustion air dosing and fuel dosing the combustion performance of the heater can be modulated.

Zur vollständigen und sauberen (schadstoffarmen, emissionsarmen) Verbrennung darf das Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch keinen übermäßigen Luftüberschuss (mageres Gemisch) und keinen Luftmangel (fettes Gemisch) aufweisen, muss also die mengenbezogene Gemischzusammensetzung in engen Grenzen gehalten werden. Dies wird durch die Luftzahl λ dargestellt, die das Verhältnis von einer tatsächlich in einem Gemisch enthaltenen Luftmenge zu der stöchiometrisch erforderlichen Luftmenge beschreibt. Übliche Soll-Luftzahlen liegen häufig im leicht mageren Bereich λ_SOLL ≈ 1,20.For complete and clean (low-emission, low-emission) combustion, the combustion air-fuel mixture must have no excessive excess air (lean mixture) and no air deficiency (rich mixture), so the quantitative mixture composition must be kept within narrow limits. This is represented by the air ratio λ, which describes the ratio of an amount of air actually contained in a mixture to the stoichiometrically required amount of air. Usual target air numbers are often in the slightly lean range λ _SOLL ≈ 1.20.

Seite Ende der 1990er Jahre werden auf dem Gebiet der Heiztechnik (z. B. für Raumheizung und Trinkwarmwasserbereitung) zunehmend Heizgeräte mit luftzahlgeregelter Verbrennung (auch Verbrennungsregelung genannt) angeboten. Dabei erfasst ein zumeist im Flammenbereich oder im Abgasbereich angeordneter Sensor einen gemischtypischen bzw. verbrennungstypischen Messwert, aus dem die aktuell im Gemisch vorliegende Ist-Luftzahl λ abgeleitet werden kann. Mittels der Aktoren Verbrennungsluftdosierer und/oder Brennstoffdosierer wird die Gemischzusammensetzung so beeinflusst, dass sich der Messwert (Istwert) auf einen vorgegebenen Sollwert einstellt, dann ist die Ist-Luftzahl λ auch gleich der Soll-Luftzahl λ_SOLL. Häufig wird als Sensor eine Flammenionisationselektrode verwendet, die als Messwert ein Flammenionisationssignal zur Verfügung stellt. Andere mögliche Sensoren sind z. B. Thermoelemente in oder an der Flamme, optische Sensoren im Bereich der Flammenstrahlung, Lambdasonden und Kohlenmonoxidsonden im Abgasbereich. Ist im Folgenden von Flammensensor und Flammensignal die Rede, so erfolgt dies nicht einschränkend, sondern steht stellvertretend für alle möglichen Sensoren und ihre Messwerte, aus denen die Luftzahl abgeleitet werden kann.In the late 1990s, in the field of heating technology (eg for space heating and DHW heating), heaters with air-controlled combustion (also called combustion control) are increasingly being offered. In this case, a sensor which is usually arranged in the flame region or in the exhaust gas region detects a mixture-typical or combustion-typical measured value, from which the actual air-fuel ratio λ currently present in the mixture can be derived. By means of the actuators combustion air metering and / or fuel metering the mixture composition is influenced so that the measured value (actual value) adjusts to a predetermined setpoint, then the actual air ratio λ is also equal to the desired air ratio λ _SOLL . Frequently, a flame ionization electrode is used as the sensor, which provides a flame ionization signal as the measured value. Other possible sensors are z. B. thermocouples in or on the flame, optical sensors in the field of flame radiation, lambda probes and carbon monoxide probes in the exhaust gas area. In the following, the flame sensor and flame signal is mentioned, this is not restrictive, but is representative of all possible sensors and their measured values, from which the air ratio can be derived.

Bei Heizgeräten mit der Eignung zur Modulation der Feuerungsleistung, also der variierbaren Verbrennungsluft- und Brennstoffmengen, folgt in der Regel die Menge der geförderten Verbrennungsluft einer von außen an das Heizgerät gestellten Wärmeanforderung. Die Luftzahlregelung erkennt ein aufgrund der veränderten Luftmenge verändertes, von einem Sollwert abweichendes Flammensignal (z. B. Ionisationssignalwert) und passt die Brennstoffmenge so an die Luftmenge an, dass das Flammensignal wieder den Sollwert erreicht. Bei modulierender Feuerungsleistung ist in der Regel der Flammensignalsollwert kein Konstantwert, vielmehr handelt es sich um eine Sollwertfunktion. Verbrennungstheoretisch sind die Flammensignalsollwerte in Abhängigkeit von der momentanen Feuerungsleistung definiert; regelungstechnisch erfolgt die Definition beispielsweise in Abhängigkeit der leichter messbaren Gebläsedrehzahl.In heaters with the suitability for modulation of the firing capacity, that is, the variable combustion air and fuel quantities, usually follows the amount of subsidized combustion air a request made from the outside to the heater heat request. The air ratio control detects a flame signal (eg ionization signal value) that is different from a setpoint value due to the changed air volume and adapts the fuel quantity to the air volume so that the flame signal reaches the setpoint again. In the case of modulating firing power, the flame signal setpoint is generally not a constant value, but rather a setpoint function. In terms of combustion theory, the flame signal setpoints are defined as a function of the instantaneous firing output; In terms of control technology, for example, the definition takes place as a function of the more easily measurable fan speed.

Von einer Heizgeräteregelung augegebene Ansteuerungssignale dienen einerseits der Verstellung des Verbrennungsluftdosierers, also der Erhöhung oder Verringerung der Luftmenge (in der Regel über Verstellung der Gebläsedrehzahl). Andere Ansteuerungssignale dienen dagegen der Verstellung des Brennstoffdosierers, also der Erhöhung oder Verringerung der Brennstoffmenge (in der Regel über Verstellung eines Brennstoffventils).From a heater control issued control signals serve on the one hand the adjustment of the combustion air meter, so the increase or decrease in the amount of air (usually via adjustment of the fan speed). Other control signals, however, serve to adjust the fuel meter, so increasing or reducing the amount of fuel (usually via adjustment of a fuel valve).

Die Leistungsmodulation (auch Leistungsvariation oder Lastwechsel genannt) nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hat sich gut bewährt für geringe Variationsgeschwindigkeiten mit verhältnismäßig langsamen Änderungen von Verbrennungsluftmenge und Brennstoffmenge. Dies ist auf die endliche Stabilisierungszeit zurückzuführen, die das aus Gemischbildungs-, Verbrennungs- und Signalerzeugungskomponenten und -ablaufen bestehende System (Regelkreis) benötigt, um bei einer veränderten Luftzahl ein repräsentatives Flammensignal zu erhalten und daraufhin die tatsächliche Luftzahl auf die Soll-Luftzahl zurückzuführen. Ein während einer Leistungsmodulation fortlaufend sich veränderndes Gemisch zu jedem Zeitpunkt auf Soll-Zusammensetzung zu halten, ist nur bis zu einer Grenzgeschwindigkeit möglich. Bei höheren Variationsgeschwindigkeiten wird der Regelkreis instabil und das Gemisch zu fett oder zu mager, die Verbrennung ist weder vollständig noch schadstoffarm.The power modulation (also called power variation or load change) according to the method described above has been well proven for low variation speeds with relatively slow changes in the amount of combustion air and fuel quantity. This is due to the finite stabilization time that the system (loop) consisting of mixture formation, combustion and signal generation components and processes requires to obtain a representative flame signal at a changed air ratio and then return the actual air ratio to the desired air ratio. Keeping a continuously changing mixture during a power modulation at any time on target composition is possible only up to a limit speed. At higher rates of variation, the control loop becomes unstable and the mixture too rich or lean, the combustion is neither complete nor low in pollutants.

Die DE 196 27 857 C2 offenbart ein Verfahren zur Vermeidung von Instabilitäten der Regelschaltung bei schnellen Änderungen der Verbrennungsleistung, also schnellen Änderungen der Gebläsedrehzahl, Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Gasgebläsebrenners, wobei von einer Regelschaltung ein von einer im Flammenbereich angeordneten Ionisationselektrode abgeleitetes Ionisationssignal erfasst wird und von der Regelschaltung ein Steuersignal für ein Gasmengenventil zur Regelung des Gas-Luftverhältnisses (Luftzahl λ) erzeugt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerautomat die Gebläsedrehzahl entsprechend einem Leistungssollwert steuert und dass von einer Auswerteschaltung, in der die gerätespezifische Gebläsedrehzahl-Steuersignal-Kennlinie abgespeichert ist, aus der jeweiligen Änderung der Gebläsedrehzahl ein Vorhalteanteil für das Steuersignal des Gasmengenventils erzeugt wird, wobei der Vorhalteanteil bei zunehmender Gebläsedrehzahl das Steuersignal in Richtung eines größeren Gasvolumenstromes und bei abnehmender Gebläsedrehzahl in Richtung eines kleineren Gasvolumenstromes ändert. Bei einer Leistungs- bzw. Gebläsedrehzahländerung wird also gleich – unabhängig von der Regelschaltung – das Steuersignal für das Gasmengenventil durch den dieses ändernden Vorhalteanteil verstellt. Der Vorhalteanteil des Steuersignals ist leicht zu gewinnen, weil die gerätespezifische Drehzahl-Steuersignal-Kennlinie herstellerseitig bekannt ist und damit in der Auswerteschaltung speicherbar ist. Die Regelschaltung selbst braucht dann nur noch eine Feinregelung auf den Luftzahl-Sollwert vorzunehmen. Um die Drehzahl-Steuersignal-Kennlinie wird ein Toleranzband definiert und es wird dann, wenn das Ist-Steuersignal das Toleranzband verlässt, ein Abschaltsignal für den Brenner erzeugt. Das Toleranzband wird so bemessen, dass es im normalen Betrieb des Gebläsebrenners des Gasheizgerätes nicht verlassen wird und es verlassen wird, wenn im Laufe des Betriebs des Gasheizgerätes sich Kennlinien der Sensorik, speziell der Ionisationselektrode und/oder der Messwertaufnahme, oder der Aktorik, speziell des Gasmengenventils oder des Luftweges des Lüfters oder des Abgasweges oder des Brenners, beispielsweise durch Verschmutzungen, ändern. Das Toleranzband wird auch bei stark schwankenden Gasqualitäten, stark schwankendem Gasanschlussdruck oder schwankenden Luftwiderständen oder bei Fehlfunktionen der Regelung verlassen werden. In allen solchen Fällen wird ein Abschaltsignal für den Brenner erzeugt, so dass dieser nicht in einem für eine emissionsarme Verbrennung ungünstigen Bereich weiterarbeitet, Aufgrund der genannten vielen verbleibenden Abschaltgründe erscheint das in der DE 196 27 857 C2 vorgeschlagene Verfahren noch nicht praxistauglich.The DE 196 27 857 C2 discloses a method for avoiding instabilities of the control circuit with rapid changes in the combustion power, ie rapid changes in fan speed, the inventive method for operating a gas fan burner, wherein from a control circuit derived from an arranged in the flame ionization ionization ionization signal is detected and the control circuit a control signal for a gas quantity valve for controlling the gas-air ratio (air ratio λ) is generated, is characterized in that an automatic control unit controls the fan speed according to a power setpoint and that from an evaluation circuit in which the device-specific fan speed control signal characteristic is stored off the respective change in the fan speed, a Vorhalteanteil for the control signal of the gas flow valve is generated, the derivative proportion changes with increasing fan speed, the control signal in the direction of a larger gas volume flow and with decreasing fan speed in the direction of a smaller gas volume flow. In a power or fan speed change is thus equal - regardless of the control circuit - the control signal for the gas flow valve adjusted by this changing Vorhalteanteil. The derivative part of the control signal is easy to win because the device-specific speed control signal characteristic is known manufacturer side and thus can be stored in the evaluation circuit. The control circuit itself then only needs to make a fine adjustment to the air ratio setpoint. A tolerance band is defined around the speed control signal characteristic and, when the actual control signal leaves the tolerance band, a shutdown signal is generated for the burner. The tolerance band is dimensioned so that it will not leave during normal operation of the fan burner of the gas heater and it will leave if in the course of operation of the gas heater characteristic curves of the sensor, especially the ionization and / or the measurement, or the actuators, especially the Gas quantity valve or the airway of the fan or the exhaust path or the burner, for example, by pollution, change. The tolerance band will also be relied on in the event of strongly fluctuating gas qualities, strongly fluctuating gas connection pressure or fluctuating air resistance or malfunction of the control. In all such cases, a shutdown signal is generated for the burner, so that it does not continue in an unfavorable for a low-emission combustion area, Due to the mentioned many remaining reasons for shutdown appears in the DE 196 27 857 C2 Proposed methods not yet practicable.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einstellen einer Luftzahl eines Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemischs auf eine Soll-Luftzahl bei einer Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemischverbrennung in einem Heizgerät zu schaffen, das den Nachteil im Stand der Technik überwindet und insbesondere eine verbesserte Betriebsweise mit einem Minimum an Abschaltgründen auch bei schnelleren Leistungsvariationen und bei sich ändernden Betriebs- und Randbedingungen bietet, wie es beispielsweise Änderungen der Brennstoffart, der Brennstoffqualität, der mechanischen Eigenschaften des Verbrennungsluftdosierers oder Brennstoffdosierers oder Schwankungen im Strömungswiderstand darstellen.The invention is therefore based on the object to provide a method for setting an air ratio of a combustion air-fuel mixture to a desired air ratio in a combustion air-fuel mixture combustion in a heater, which overcomes the disadvantage of the prior art and in particular an improved Operating mode with a minimum of Abschaltgründen even with faster power variations and changing operating and boundary conditions offers, such as changes in fuel type, the fuel quality, the mechanical properties of the Verbrennungsluftdosierers or fuel meter or fluctuations in flow resistance.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Gegenstände mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelost. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This is achieved by the objects with the features of claim 1 according to the invention. Advantageous developments can be found in the dependent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einstellen einer Luftzahl eines Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemischs auf eine Soll-Luftzahl bei einer Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemischverbrennung in einem Heizgerät mit einem Verbrennungsluftdosierer zum Variieren einer Verbrennungsluftmenge und einem Brennstoffdosierer zum Variieren einer Brennstoffmenge wird die Luftzahl phasenweise entweder nach Art einer Regelung (geschlossener Regelkreis, „closed loop control”) oder nach Art einer Steuerung (offene Steuerkette, „feed forward control”) eingestellt. Einerseits wird die Luftzahl geregelt, wenn eine Variation der Verbrennungsluftmenge und/oder Brennstoffmenge kleiner oder gleich einer Grenzvariation ist, und/oder wenn eine Variationsgeschwindigkeit der Verbrennungsluftmenge und/oder Brennstoffmenge kleiner oder gleich einer Grenzgeschwindigkeit ist (Regelungsphase). Dabei basiert die Regelung auf einem Vergleich eines die Luftzahl abbildenden Messwertes mit einem entsprechenden Sollwert und einer Vorgabe variabler Ansteuerungssignale zur Verstellung des Verbrennungsluftdosierers und/oder des Brennstoffdosierers zur Angleichung des Messwertes an den Sollwert. Andererseits wird die Luftzahl gesteuert, wenn eine Variation der Verbrennungsluftmenge und/oder Brennstoffmenge größer als eine Grenzvariation ist, und/oder wenn eine Variationsgeschwindigkeit der Verbrennungsluftmenge und/oder Brennstoffmenge größer als eine Grenzgeschwindigkeit ist (Steuerungsphase). Dabei basiert die Steuerung auf einer Vorgabe von in einer Zuordnungsfunktion definierten, festen Ansteuerungssignalen zur Verstellung des Verbrennungsluftdosierers und/oder des Brennstoffdosierers. Die Zuordnungsfunktion wird während einer Regelungsphase in vorgebbaren Zeitintervallen und/oder in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen und/oder Betriebszuständen mindestens abschnittsweise generiert und/oder aktualisiert. Während einer Steuerungsphase bleibt die Zuordnungsfunktion unverändert. Hierbei bedeutet generieren, dass die Zuordnungsfunktion neu erstellt wird; aktualisieren bedeutet, dass die Zuordnungsfunktion an veränderte Bedingungen angepasst wird. Die Aktualisierungen können zufällig oder erzwungen erfolgen. Bei der zufälligen Aktualisierung wird ein jeweils zufällig vorliegender Betriebspunkt genutzt, bei der erzwungenen Aktualisierung werden einzelne Betriebspunkte gezielt angefahren.In the method according to the invention for adjusting an air ratio of a combustion air-fuel mixture to a target air ratio in combustion air-fuel mixture combustion in a heater having a combustion air meter for varying a combustion air amount and a fuel meter for varying a fuel amount, the air ratio is determined in phases either art a control (closed loop control) or in the manner of a control (open control chain, "feed forward control") set. On the one hand, the air ratio is controlled when a variation of the combustion air amount and / or amount of fuel is less than or equal to a limit variation, and / or when a variation speed of the combustion air amount and / or fuel amount is less than or equal to a limit speed (control phase). The control is based on a comparison of a measured value representing the air ratio with a corresponding desired value and a specification of variable control signals for adjusting the combustion air meter and / or the fuel meter to match the measured value to the desired value. On the other hand, the air ratio is controlled when a variation of the combustion air amount and / or fuel amount is larger than a limit variation, and / or when a variation speed of the combustion air amount and / or fuel amount is larger than a limit speed (control phase). In this case, the control is based on a specification of defined in a mapping function, fixed control signals for adjusting the combustion air meter and / or the fuel meter. The assignment function is generated and / or updated at least in sections during a control phase at predeterminable time intervals and / or as a function of operating conditions and / or operating states. During a control phase, the assignment function remains unchanged. In this case, generating means that the mapping function is recreated; Update means that the assignment function will be adapted to changing conditions. The updates can be random or forced. In the case of random updating, a randomly occurring operating point is used; in the case of forced updating, individual operating points are approached in a targeted manner.

Der Grundgedanke ist, die Luftzahl bei kleinen und/oder langsamen Leistungsänderungen zu regeln und bei großen und/oder schnellen Leistungsänderungen zu steuern. Im erstgenannten Fall ist die bei gegebener Variationsgeschwindigkeit verfügbare Reaktionszeit gegenüber der für das Gemischbildungs-, Verbrennungs- und Signalerzeugungssystem typischen endlichen Stabilisierungszeit ausreichend lang, um bei einer veränderten Luftzahl ein repräsentatives Flammensignal zu erhalten und daraufhin die tatsächliche Luftzahl auf die Soll-Luftzahl zurückzuregeln, bevor eine inzwischen schon weiter fortgeschrittene Zusammensetzungsänderung eine abermalige deutliche Luftzahländerung bewirkt hat. Hierbei wird in Abhängigkeit einer Wärmeanforderung in der Regel zuerst die Luftmenge bzw. Gebläsedrehzahl vorgegeben, um luftmengenbezogen auf die erforderliche Verbrennungsleistung zu kommen, die Brennstoffmenge bzw. Brennstoffventilstellung folgt dem nach und regelt die Luftzahl des Gemischs auf die Soll-Luftzahl. Jedoch ist es nach diesem Regelungsprinzip nur bis zu einer Grenzgeschwindigkeit möglich, ein während einer Leistungsmodulation fortlaufend sich veränderndes Gemisch zu jedem Zeitpunkt auf Soll-Zusammensetzung zu halten. Die Grenzgeschwindigkeit hängt vom Gemischbildungs-, Verbrennungs- und Signalerzeugungssystem ab und muss experimentell bestimmt werden. Daher ist im zweitgenannten Fall, wenn die verfügbare Reaktionszeit nach dem Regelungsprinzip nicht ausreicht, eine gesteuerte Einstellung der Luftzahl vorgesehen. Die Steuerung erfolgt nach Art einer Kennlinie mittels abgespeicherter Mengenvorgaben bzw. an die Dosierer adressierbarer Ansteuerungssignalvorgaben sowohl für die Luftmenge als auch für die Gasmenge. Diese beiden Mengen werden also gleichzeitig gesteuert verstellt, nicht geregelt, weshalb auch bei sehr kurzen verfügbaren Reaktionszeiten jederzeit ein Gemisch mit Soll-Zusammensetzung (Soll-Luftzahl) eingestellt wird. Um nun aber nicht von sich ändernden Kennlinien der Sensorik oder der Aktorik oder aufgrund schwankender Gasqualitäten, Anschlussdrücke oder Luftwiderstände in einen wegen erhöhter Schadstoffemissionen nicht gewünschten Arbeitsbereich mit Brennerabschaltungen verschoben zu werden, wird die der Steuerung zugrunde fegende Zuordnungsfunktion regelmäßig und/oder bei erkanntem Bedarf aktualisiert und an die gegebenenfalls geänderten Betriebs- und Randbedingungen angepasst. The basic idea is to regulate the air ratio with small and / or slow power changes and to control it with large and / or fast power changes. In the former case, the reaction time available at a given rate of variation is sufficiently long, compared to the finite stabilization time typical of the mixture formation, combustion and signal generation system, to obtain a representative flame signal at a changed air ratio and then to return the actual air ratio to the desired air ratio an already more advanced compositional change has caused a further significant change in the air-fuel ratio. In this case, the amount of air or fan speed is first set depending on a heat demand in order to come to the required combustion power air flow related, the amount of fuel or fuel valve position follows and regulates the air ratio of the mixture to the desired air ratio. However, according to this control principle, it is possible only up to a limit speed to keep a mixture continuously changing during a power modulation at the desired composition at all times. The limit speed depends on the mixture formation, combustion and signal generation system and must be determined experimentally. Therefore, in the second case, if the available reaction time is insufficient according to the control principle, a controlled adjustment of the air ratio is provided. The control takes place in the manner of a characteristic curve by means of stored quantity specifications or to the dispensers addressable control signal specifications for both the air quantity and the amount of gas. These two quantities are thus adjusted simultaneously controlled, not regulated, which is why even with very short available reaction times at any time a mixture with target composition (target air ratio) is set. However, in order not to be postponed by changing characteristics of the sensors or actuators or due to fluctuating gas qualities, connection pressures or air resistance in a not desired because of increased pollutant emissions work area with burner shutdown, the control underlying sweeping assignment function is updated regularly and / or recognized need and adapted to any changed operating and boundary conditions.

Eine Aktualisierung kann beispielsweise regelmäßig jede Minute oder alle zehn Minuten erfolgen. Eine Aktualisierung kann auch erfolgen, wenn eine Heizgeräteregelung erkennt, dass ein aktueller Betriebspunkt nicht mehr mit einem entsprechenden, in der Zuordnungsfunktion gespeicherten Betriebspunkt übereinstimmt bzw. um ein bestimmtes Maß von diesem abweicht. Weiter kann eine Aktualisierung dann erfolgen, wenn sich Betriebs- und Randbedingungen wie beispielsweise Brennstoffart/Brennstoffqualität, mechanische Eigenschaften des Brennstoffdosierers oder Schwankungen im Strömungswiderstand verändern.For example, an update can be done regularly every minute or every ten minutes. An update may also be made when a heater control detects that a current operating point is no longer coincident with, or by a certain amount different from, an appropriate operating point stored in the mapping function. Further, an update can be made when operating and boundary conditions such as fuel type / fuel quality, mechanical properties of the fuel meter or variations in flow resistance change.

Die Einstellung der Luftzahl greift während der Steuerungsphasen auf die Daten der Zuordnungsfunktion zu, dabei werden die Ansteuerungssignale für Verbrennungsluftdosierer und Brennstoffdosierer aus der Zuordnungsfunktion ausgelesen bzw. daraus abgeleitet und dem Gemischbildungsprozess zugrunde gelegt. Eine Aktualisierung der Zuordnungsfunktion kann daher nur während der Regelungsphasen erfolgen, wenn die Bedeutung der Zuordnungsfunktion rein passiv ist.The adjustment of the air ratio during the control phases accesses the data of the assignment function, while the control signals for combustion air metering and fuel metering are read from the assignment function or derived therefrom and based on the mixture formation process. An update of the assignment function can therefore only take place during the control phases, if the meaning of the assignment function is purely passive.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an eine Erst-Inbetriebnahme und/oder eine Brennerstörung und/oder eine Inbetriebnahme nach Reparatur- oder Wartungsarbeiten die Variationsgeschwindigkeit der Verbrennungsluftmenge und/oder Brennstoffmenge zeitweise auf einen Wert kleiner oder gleich der Grenzgeschwindigkeit begrenzt wird. Durch diese Begrenzung ist sichergestellt, dass das Heizgerät zeitweise im reinen Regelungsbetrieb arbeitet und die Zuordnungsfunktion entsprechend der nach Inbetriebnahme oder evtl. Komponententausch neuen oder veränderten Betriebs- und Randbedingungen generiert und/oder aktualisiert werden kann.An embodiment of the method according to the invention is characterized in that following a first start-up and / or a burner failure and / or commissioning after repair or maintenance work, the variation speed of the combustion air quantity and / or fuel quantity temporarily limited to a value less than or equal to the limit speed becomes. This limitation ensures that the heater operates temporarily in pure control mode and the assignment function can be generated and / or updated according to the new or changed operating and boundary conditions after commissioning or possibly component replacement.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Generierung und/oder Aktualisierung der Zuordnungsfunktion durch eine Erfassung (Messung, Registrierung) mindestens eines Wertepaares einander zugeordneter Ansteuerungssignale von Verbrennungsluftdosierer und Brennstoffdosierer erfolgt. Dabei befindet sich die Verbrennung unmittelbar vor der Signalerfassung für eine vorgebbare Zeitdauer in einem stationären oder quasistationären Zustand und dieser Zustand wird während der Messung beibehalten. Stationär bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sich die Verbrennungsluftmenge und Brennstoffmenge nicht verändert und dass die Temperaturen in den an Verbrennung und Signalentstehung beteiligten Bauteilen (z. B. Brenner, Brennkammer, Sensor, Wärmetauscher) ausgeglichen, also konstant sind; dabei herrscht dann wegen ausreichender Stabilisierungszeit natürlich auch eine auf Sollwert geregelte Luftzahl. Quasistationär heißt ein Zustand, bei dem Durchsatz und Temperatur nur unwesentlich schwanken. Die genannte vorgebbare Zeitdauer soll den (quasi-)stationären Zustand gewährleisten, sie wird experimentell bestimmt und beträgt zwischen wenigen Sekunden und wenigen Minuten. Dann sind auch die erfassten Ansteuerungssignalwerte konstant (oder annähernd konstant) und die Signalerfassung liefert einander zugeordnete, hinsichtlich einer späteren Nutzung belastbare Daten zur Aktualisierung der Zuordnungsfunktion und eventuellen späteren Luftzahlsteuerung. Die Zuordnungsfunktion kann einer Wertetabelle mit diskreten, über einem Verbrennungsluftmengenbereich und/oder Brennstoffmengenbereich verteilten Wertepaaren von Ansteuerungssignalen entsprechen. Im Steuerungsbetrieb wird in Abhängigkeit von vorliegenden Ansteuerungssignalen von Verbrennungsluftdosierer und/oder Brennstoffdosierer zwischen diesen diskreten Wertepaaren approximiert, also beispielsweise linear oder entsprechend einer Polynomfunktion interpoliert oder extrapoliert.A further embodiment of the method is characterized in that the generation and / or updating of the assignment function by a detection (measurement, registration) of at least one value pair of mutually associated control signals from combustion air meter and fuel meter. In this case, the combustion is in a stationary or quasi-stationary state for a predeterminable period of time immediately before the signal acquisition, and this state is maintained during the measurement. Stationary in this context means that the amount of combustion air and fuel quantity does not change and that the temperatures in the components involved in combustion and signal generation (eg burner, combustion chamber, sensor, heat exchanger) are balanced, ie constant; Of course, there is then due to sufficient stabilization time, of course, to a setpoint controlled air ratio. Quasi-stationary means a state in which throughput and temperature fluctuate only insignificantly. The stated predefinable time period should ensure the (quasi) stationary state, it is determined experimentally and is between a few seconds and a few minutes. Then, the detected drive signal values are also constant (or approximately constant) and the signal acquisition supplies associated data, which can be loaded for subsequent use, for updating the data Allocation function and possible later Luftzahlsteuerung. The assignment function may correspond to a value table with discrete value pairs of activation signals distributed over a combustion air quantity range and / or fuel quantity range. In control operation of combustion air metering and / or Brennstoffdosierer between these discrete value pairs is approximated depending on existing control signals, ie interpolated or extrapolated, for example linear or according to a polynomial function.

Ist eine Abweichung zwischen einem aktuellen Wertepaar nach Aktualisierung und dem entsprechenden Wertepaar vor derselben Aktualisierung größer als eine vorgebbare, zulässige Grenzabweichung, so kann entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen sein, alle Wertepaare der Wertetabelle anhand eines aus der Aktualisierung abgeleiteten Faktors zu aktualisieren. Damit wird erreicht, dass bei starken Veränderungen der Betriebs- und Randbedingungen sehr bald eine zwar grob, aber vollständig aktualisierte Zuordnungsfunktion zur Verfügung steht, ohne auf einen stationären Betrieb an den mehreren diskreten Betriebspunkten zu warten. Diese grobe Aktualisierung kann dann im weiteren Betrieb durch feine Aktualisierungen nach einer vorstehend beschriebenen Vorgehensweise verbessert werden.If a deviation between a current value pair after updating and the corresponding value pair before the same update is greater than a predefinable, permissible limit deviation, it can be provided according to an advantageous embodiment of the method to update all value pairs of the value table based on a factor derived from the update. This ensures that in the event of major changes in the operating and boundary conditions, a coarse but completely updated assignment function is available very soon, without waiting for steady-state operation at the several discrete operating points. This rough update can then be further improved by fine updates according to a procedure described above.

Ist andererseits eine Abweichung zwischen einem aktuellen Wertepaar nach Aktualisierung und dem entsprechenden Wertepaar vor derselben Aktualisierung kleiner oder gleich einer Grenzabweichung, so werden weitere Wertepaare der Wertetabelle immer dann aktualisiert, wenn die Verbrennung sich für eine vorgebbare Zeitdauer in einem stationären oder quasistationären Zustand befindet.On the other hand, if a deviation between a current value pair after updating and the corresponding value pair before the same update is less than or equal to a limit deviation, then further value pairs of the value table are updated whenever the combustion is in a stationary or quasi-stationary state for a predefinable period of time.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Einstellung der Luftzahl im Anschluss an eine Steuerungsphase dann wieder durch eine Regelung, wenn eine Schwankungsbandbreite eines die Luftzahl abbildenden Messwertes kleiner oder gleich einer Grenzbandbreite ist, und/oder wenn die Schwankungsbandbreite die Grenzbandbreite mindestens für eine Mindeststabilisierungsdauer einhält. In diesem eingeschwungenen Zustand liegen dann wieder Bedingungen vor, die einerseits leicht und emissionsarm von der Regelung beherrschbar sind und sich andererseits für neuerliche Aktualisierungen der Zuordnungsfunktion eignen.According to a further embodiment of the method according to the invention, the adjustment of the air ratio is carried out following a control phase then again by a control when a fluctuation bandwidth of the air figure imaging value is less than or equal to a threshold bandwidth, and / or if the fluctuation bandwidth, the threshold bandwidth at least for a minimum stabilization period comply. In this steady state, there are then again conditions that are both easy to control and low-emission of the scheme and on the other hand are suitable for recent updates of the assignment function.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einer kummulierten Abweichung zwischen einem aktuellen Wertepaar und dem entsprechenden Wertepaar einer früheren Aktualisierung, die größer als eine Grenzabweichung ist, eine Warnmeldung ausgegeben wird. Eine solche große Abweichung kann Ursachen haben, die einem risikolosen Heizgerätebetrieb entgegenstehen, wie zum Beispiel übermäßiger Verschluss des Luft- oder Abgasweges und anderes mehr. Ein Nutzer des Heizgerätes soll rechtzeitig hierauf aufmerksam gemacht werden. Bei Überschreitung einer weiteren, höheren Grenzabweichung kann eine Störabschaltung des Heizgerätes erfolgen.A further embodiment of the method is characterized in that a warning message is issued in the case of a cumulated deviation between a current value pair and the corresponding value pair of a previous update which is greater than a limit deviation. Such a large deviation can have causes that preclude a riskless heater operation, such as excessive closure of the air or exhaust path, and more. A user of the heater should be made aware of this in time. If a further, higher limit deviation is exceeded, the heater can be switched off.

Mit der Erfindung ist ein Verfahren zur robusten und präzisen Verbrennungsregelung bei einer Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemischverbrennung in einem Heizgerät geschaffen, mit dem auch schnelle Lastwechsel der Feuerungsleistung mit stabiler Flamme und emissionsarmer Verbrennung bewältigt werden. Damit ist eine verbesserte Betriebsweise auch bei sich ändernden Betriebs- und Randbedingungen gegeben, wie es beispielsweise Änderungen der Brennstoffart, der Brennstoffqualität, der mechanischen Eigenschaften des Verbrennungsluftdosierers oder Brennstoffdosierers oder Schwankungen im Strömungswiderstand darstellen.With the invention, a method for robust and precise combustion control in a combustion air-fuel mixture combustion is provided in a heater, with which even fast load changes of the firing capacity with stable flame and low-emission combustion are managed. Thus, an improved operation is given even with changing operating and boundary conditions, such as changes in fuel type, the fuel quality, the mechanical properties of the Verbrennungsluftdosierers or fuel meter or fluctuations in flow resistance.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19627857 C2 [0008, 0008]

Claims

A method for adjusting an air ratio of a combustion air-fuel mixture to a desired air ratio in a combustion air-fuel mixture combustion in a heater with a combustion air meter for varying a quantity of combustion air and a fuel meter for varying a fuel amount, wherein the adjustment of the air ratio in phases, either art a control or type of control takes place, characterized in that • the air ratio is controlled when a variation of the amount of combustion air and / or fuel amount is less than or equal to a limit variation, and / or if a variation speed of the combustion air amount and / or amount of fuel less than or equal a limit speed, wherein the control is based on a comparison of a measured value representing the air number with a corresponding desired value and a specification of variable drive signals for adjusting the combustion air meter and / or the Brenns toffdosierers for approximating the measured value based on the target value, and that the air ratio is controlled when a variation of the combustion air amount and / or amount of fuel is greater than a limit variation, and / or if a variation rate of the combustion air amount and / or amount of fuel is greater than a limit speed, wherein the control is based on a specification in a mapping function defined, fixed control signals for adjusting the combustion air meter and / or the fuel meter, wherein the mapping function generated during a control phase at predetermined time intervals and / or depending on operating conditions and / or operating conditions at least partially and / / or is updated, and remains unchanged during a control phase.

A method according to claim 1, characterized in that following a first commissioning and / or a burner failure and / or commissioning after repair or maintenance work, the variation speed of the combustion air and / or fuel quantity is temporarily limited to a value less than or equal to the limit speed ,

The method of claim 1 or 2, characterized in that the generation and / or updating of the assignment function by detecting at least one value pair of mutually associated control signals from Verbrennungsluftdosierer and Brennstoffdosierer, wherein immediately before the measurement, the combustion for a predetermined period of time in a stationary or quasi-stationary state and this state is maintained during the measurement.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the assignment function corresponds to a value table with discrete value pairs distributed over a combustion air quantity range and / or fuel quantity range between which combustion air metering devices and / or fuel feeders are approximated depending on operating signals present in operation [interpolation, extrapolation , linear, corresponds to a polynomial function].

Method according to one of the preceding claims, characterized in that, in the event of a deviation between a current value pair after updating and the corresponding value pair before the same updating, which is greater than a limit deviation, all value pairs of the value table are updated on the basis of a factor derived from the updating.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in a deviation between a current value pair after updating and the corresponding value pair before the same update, which is less than or equal to a limit deviation, further value pairs of the value table are updated whenever the combustion for a predetermined period of time is in a stationary or quasi-stationary state.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the setting of the air ratio following a control phase is again effected by a control when a fluctuation bandwidth of a measured value representing the air number is less than or equal to a threshold bandwidth, and / or if the limit bandwidth at least for one Minimum stabilization time is maintained.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the case of a cumulative deviation between a current value pair and the corresponding value pair of a previous update that is greater than a limit deviation, a warning message is output.