DE102017204001A1 - Method for setting and controlling a fuel-air ratio in a heating system, and a control unit and a heating system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren (54) zur Einstellung und Regelung eines Brennstoff-Luft-Verhältnisses (56) in einem Heizsystem (46). Es wird vorgeschlagen, dass das Verfahren (54) die folgenden Schritte umfasst: • Erzeugen (58) einer vorübergehenden, zeitlichen Fluidzufuhränderung (60) einer Fluidzufuhrkenngröße (62), • Ermitteln (80) eines Signalmaximums (82) einer mit der zeitlichen Fluidzufuhränderung (60) korrelierten zeitlichen Änderung von mindestens einer Verbrennungskenngröße (84), • Ermitteln (102) eines ersten Brennerleistungsparameters (104), • Ermitteln (116) einer Sollverbrennungskenngröße (130) auf Basis des Signalmaximums (82) und des ersten Brennerleistungsparameters (104), • Regeln des Heizsystems (46) auf Basis der Sollverbrennungskenngröße (130), und dass die Fluidzufuhränderung (60) so gewählt ist, dass bei der zeitlichen Änderung von der mindestens einen Verbrennungskenngröße (62) ein Verbrennungskenngrößenmaximum (98) mindestens zwei Mal angenommen wird bzw. dass die zeitlichen Änderung von der mindestens einer Verbrennungskenngröße (84) zumindest eine Doppelpeakstruktur (94) aufweist, welche zumindest einen ersten Peak (88), eine erste Senke (90) und einen zweiten Peak (92) aufweist. Die Erfindung betrifft auch eine Steuereinheit (18), die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens (54) ausgebildet ist sowie ein Heizsystem (46) mit der erfindungsgemäßen Steuereinheit (18).The invention relates to a method (54) for setting and regulating a fuel-air ratio (56) in a heating system (46). It is proposed that the method (54) comprises the following steps: generating (58) a temporary, temporal fluid supply change (60) of a fluid supply parameter (62), • determining (80) a signal maximum (82) one with the temporal fluid supply change ( 60) correlated temporal change of at least one combustion parameter (84), • determining (102) a first burner performance parameter (104), • determining (116) a nominal combustion parameter (130) based on the signal maximum (82) and the first burner performance parameter (104), • controlling the heating system (46) based on the nominal combustion parameter (130), and that the fluid supply change (60) is selected so that a combustion parameter maximum (98) is assumed at least twice during the time change of the at least one combustion parameter (62) in that the temporal change of the at least one combustion parameter (84) is at least one double peak structure (94) having at least a first peak (88), a first valley (90) and a second peak (92). The invention also relates to a control unit (18) which is designed to carry out the method (54) according to the invention and to a heating system (46) with the control unit (18) according to the invention.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung und Regelung eines Brennstoff-Luft-Verhältnisses in einem Heizsystem. Die Erfindung betrifft auch eine Steuereinheit, die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist sowie ein Heizsystem mit der erfindungsgemäßen Steuereinheit.The invention relates to a method for adjusting and regulating a fuel-air ratio in a heating system. The invention also relates to a control unit which is designed to carry out the method according to the invention and to a heating system with the control unit according to the invention.
Stand der TechnikState of the art
Um eine optimale Verbrennung zu gewährleisten, ist es bei dem Betrieb von Gasbrenner notwendig, das richtige Brennstoff-Luft-Verhältnis sicherzustellen. Dazu wird der Gasbrenner auf Basis von einer Sensorik gemessenen Verbrennungskenngröße geregelt, in dem diese Verbrennungskenngröße einer Sollverbrennungskenngröße angeglichen wird. Dabei muss die korrekte Funktionsweise der für die Bestimmung der Verbrennungskenngröße eingesetzten Sensorik gewährleistet sein. Aus dem Stand der Technik sind Gasbrenner bekannt, welche dazu Verfahren zur Kalibrierung der entsprechenden Sensorik ausführen. Dabei wird in der Regel die Sollverbrennungskenngröße an veränderliche innere und/oder äußere Bedingungen angepasst. In solchen Kalibrierverfahren wird der Gasbrenner weitgehend über seinen gesamten Leistungsbereich gefahren. Das hat den Nachteil, dass während einer solchen Kalibrierung verstärkt Schadstoffe ausgestoßen werden können. Die Dauer einer solchen Kalibrierung liegt im Bereich von mehreren Sekunden bis hin zu Minuten. Das hat den zusätzlichen Nachteil, dass in dieser Zeit der Gasbrenner für den normalen Betrieb nicht zur Verfügung steht.In order to ensure optimum combustion, it is necessary in the operation of gas burners to ensure the correct fuel-air ratio. For this purpose, the gas burner is regulated on the basis of a combustion characteristic measured by a sensor, in which this combustion parameter is adjusted to a nominal combustion characteristic. The correct functioning of the sensors used to determine the combustion characteristics must be ensured. Gas burners are known from the prior art, which perform procedures for calibrating the corresponding sensors. As a rule, the nominal combustion parameter is adapted to changing internal and / or external conditions. In such calibration methods, the gas burner is driven largely over its entire power range. This has the disadvantage that pollutants can be expelled intensified during such a calibration. The duration of such a calibration ranges from several seconds to minutes. This has the additional disadvantage that during this time the gas burner is not available for normal operation.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteileadvantages
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Einstellung und Regelung eines Brennstoff-Luft-Verhältnisses in einem Heizsystem. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- • Erzeugen einer vorübergehenden, zeitlichen Fluidzufuhränderung einer Fluidzufuhrkenngröße,
- • Ermitteln eines Signalmaximums einer mit der zeitlichen Fluidzufuhränderung korrelierten zeitlichen Änderung von mindestens einer Verbrennungskenngröße,
- • Ermitteln eines ersten Brennerleistungsparameters,
- • Ermitteln einer Sollverbrennungskenngröße auf Basis des Signalmaximums und des ersten Brennerleistungsparameters,
- • Regeln des Heizsystems auf Basis der Sollverbrennungskenngröße,
- Generating a temporary, temporal fluid supply change of a fluid supply parameter,
- Determining a signal maximum of a temporal change of at least one combustion parameter correlated with the temporal change in fluid supply,
- Determining a first burner performance parameter,
- Determining a target combustion parameter based on the signal maximum and the first burner performance parameter,
- • control of the heating system based on the nominal combustion parameter,
Mit Hilfe des Verfahrens kann die Sollverbrennungskenngröße im laufenden, regulären Betrieb des Heizsystems ermittelt werden. Das Verfahren stellt nur einen kurzzeitigen Eingriff in die Regelung des Heizsystems dar, bei dem nur kleine Fluidzufuhränderungen vorgenommen werden im Vergleich zu möglichen gesamten Fluidzufuhränderungen im Betrieb des Heizsystems. Auf diese Weise wird das Heizsystem stets mit einem vorgesehenen, optimierten Brennstoff-Luft-Verhältnis betrieben. Das Brennstoff-Luft-Verhältnis wird auch als Lambdawert bezeichnet. So wird eine vorgesehene Leistung des Heizsystems unter einem minimalen Schadstoffausstoß erzeugt. Zusätzlich entfällt die Notwendigkeit, spezielle Kalibrierzyklen zur Einstellung der Sollverbrennungskenngröße zu fahren. Das hat den Vorteil, dass keine weiteren Emissionen entstehen und das Heizsystem weitgehend immer in einem Regelbetrieb operieren kann, sodass es stets im vollen Umfang zur Verfügung steht. With the aid of the method, the nominal combustion characteristic can be determined during ongoing, regular operation of the heating system. The method is only a brief intervention in the control of the heating system, in which only small fluid supply changes are made compared to possible total fluid supply changes in the operation of the heating system. In this way, the heating system is always operated with a planned, optimized fuel-air ratio. The fuel-air ratio is also referred to as lambda value. Thus, an intended performance of the heating system is generated with a minimum pollutant emissions. In addition, eliminating the need to drive special calibration cycles for setting the target combustion characteristic. This has the advantage that no further emissions occur and the heating system can always operate in a regular mode, so that it is always available in its entirety.
Dadurch, dass die Fluidzufuhränderung so gewählt ist, dass bei der zeitlichen Änderung von der mindestens einen Verbrennungskenngröße das Verbrennungskenngrößenmaximum mindestens zweimal angenommen wird bzw. die zeitlichen Änderung von mindestens einer Verbrennungskenngröße zumindest eine Doppelpeakstruktur aufweist, wird das Signalmaximum besonders zuverlässig erkannt. Das ermöglicht eine besonders präzise Bestimmung der Sollverbrennungskenngröße.Due to the fact that the change in the fluid supply is chosen so that the combustion parameter maximum is assumed to be at least twice during the temporal change of the at least one combustion parameter or the temporal change of at least one combustion parameter has at least one double peak structure, the signal maximum is detected particularly reliably. This allows a particularly precise determination of the nominal combustion characteristic.
Dabei ist unter „Heizsystem“ mindestens ein Gerät zur Erzeugung von Wärmeenergie zu verstehen, insbesondere ein Heizgerät bzw. Heizbrenner, insbesondere zur Verwendung in einer Gebäudeheizung und/oder zur Warmwassererzeugung, bevorzugt durch das Verbrennen von einem gasförmigen oder flüssigen Brennstoff. Ein Heizsystem kann auch aus mehreren solchen Geräten zur Erzeugung von Wärmeenergie sowie weiteren, den Heizbetrieb unterstützenden Vorrichtungen, wie etwa Warmwasser- und Brennstoffspeichern, bestehen.Here, "heating system" means at least one device for generating heat energy, in particular a heater or heating burner, in particular for use in a building heating and / or hot water generation, preferably by the combustion of a gaseous or liquid fuel. A heating system can also consist of several such devices for generating heat energy and other, the heating operation supporting devices, such as hot water and fuel storage.
Unter einer „Fluidzufuhrkenngröße“ soll insbesondere eine skalare Kenngröße verstanden werden, welche insbesondere mit zumindest einem, insbesondere einer Brennereinheit des Heizsystems zugeführten, Fluid, insbesondere einem Verbrennungsluftstrom, einem Brennstoffstrom und/oder einem Gemischstrom, insbesondere aus einer Verbrennungsluft und einem Brennstoff, korreliert ist. Vorteilhaft kann, insbesondere durch eine Steuer- und/oder Regeleinheit des Heizsystems, wenigstens anhand der Fluidzufuhrkenngröße auf einen Volumenstrom und/oder einen Massenstrom des zumindest einen Fluids geschlossen werden und/oder der Volumenstrom und/oder der Massenstrom des zumindest einen Fluids ermittelt werden. Ein Beispiel für eine Fluidzufuhrkenngröße ist die Angabe einer Öffnungsweite eines Brennstoffventils. Unter einer „vorübergehenden, zeitlichen Fluidzufuhränderung“ soll eine zeitlich eingeschränkte Variation der Fluidzufuhrkenngröße verstanden werden, sodass diese vom Wert der Fluidzufuhrkenngröße vor Beginn der Fluidzufuhränderung abweicht. Bevorzugt wird die Fluidzufuhrkenngröße über den Zeitraum der Fluidzufuhränderung vergrößert oder verkleinert. Bevorzugt wird dabei die Fluidzufuhrkenngröße zuerst monoton vergrößert und anschließend monoton verkleinert, bzw. zuerst monoton verkleinert und anschließend monoton vergrößert. Bevorzugt ist die Zeitdauer der Fluidzufuhränderung pulsartig und/oder kurz gegenüber den im üblichen Betrieb des Heizsystems vorgesehenen zeitlichen Variationen der Fluidzufuhrkenngröße. A "fluid supply parameter" is to be understood in particular to mean a scalar parameter which is in particular provided with at least one fluid, in particular one, in particular a burner unit of the heating system Combustion air flow, a fuel flow and / or a mixture flow, in particular from a combustion air and a fuel is correlated. Advantageously, in particular by a control and / or regulating unit of the heating system, at least on the basis of the fluid supply characteristic to a volume flow and / or a mass flow of the at least one fluid are closed and / or the flow rate and / or the mass flow of the at least one fluid can be determined. An example of a fluid supply parameter is the indication of an opening width of a fuel valve. A "temporary, temporal fluid supply change" is intended to mean a time-limited variation of the fluid supply parameter, so that it deviates from the value of the fluid supply parameter before the start of the fluid supply change. Preferably, the fluid supply parameter is increased or decreased over the period of fluid supply change. Preferably, the fluid supply parameter is first monotonously increased and then monotonically reduced, or first monotonously reduced and then increased monotonously. The duration of the fluid supply change is preferably pulse-like and / or short compared to the time variations of the fluid supply characteristic provided in the normal operation of the heating system.
Dabei ist unter einem „Puls“, einer „pulsartigen Änderung“ oder einem „pulsförmigen Signal“ ein zeitlicher Verlauf einer Kenngröße zu verstehen, welche von einem ersten Wert innerhalb einer beschränkten Zeitspanne auf mindestens einen zweiten, vom ersten Wert verschiedenen Wert, gebracht wird. Ein „Puls“ wird manchmal auch als „Impuls“ bezeichnet, insbesondere in der Elektrotechnik.In this case, a "pulse", a "pulse-like change" or a "pulse-shaped signal" is understood to be a time profile of a parameter which is brought from a first value within a limited time period to at least one second value different from the first value. A "pulse" is sometimes referred to as "pulse", especially in electrical engineering.
Unter einer „Verbrennungskenngröße“ soll insbesondere eine skalare Kenngröße verstanden werden, welche insbesondere mit der Verbrennung, insbesondere des Gemischs, insbesondere aus der Verbrennungsluft und dem Brennstoff, korreliert ist. Ein Beispiel für eine Verbrennungskenngröße ist ein Ionisationsstrom, welcher an einer Flamme des Heizsystems gemessen wird. Vorteilhaft kann, insbesondere durch die Steuer- und/oder Regeleinheit des Heizsystems, wenigstens anhand der Verbrennungskenngröße auf ein Vorhandensein und/oder eine Güte der Verbrennung geschlossen werden und/oder das Vorhandensein und/oder die Güte der Verbrennung ermittelt werden. Vorteilhaft kann anhand der Verbrennungskenngröße zumindest in Teilintervallen und zumindest in bestimmten Betriebszuständen des Heizsystems eindeutig einem Maß für die Güte der Verbrennung zugeordnet werden. Ein Beispiel für ein Maß für die Güte der Verbrennung ist das Brennstoff-Luft-Verhältnis. Vorteilhaft entspricht die Verbrennungskenngröße zumindest einem oder genau einem, die Verbrennung abbildenden und/oder charakterisierenden Messwert, wie beispielsweise einem Verbrennungssignal, insbesondere einer Lichtintensität, einem Schadstoffausstoß, einer Temperatur und/oder vorteilhaft einem Ionisationssignal bzw. kann die Verbrennungskenngröße einem solchen Messwert eindeutig zugeordnet werden.A "combustion characteristic" should be understood in particular to be a scalar parameter, which is correlated in particular with the combustion, in particular of the mixture, in particular of the combustion air and the fuel. An example of a combustion characteristic is an ionization current which is measured at a flame of the heating system. Advantageously, in particular by the control and / or regulating unit of the heating system, at least on the basis of the combustion characteristic to a presence and / or quality of the combustion are concluded and / or the presence and / or the quality of the combustion can be determined. Advantageously, on the basis of the combustion parameter, at least in partial intervals and at least in certain operating states of the heating system, a measure of the quality of the combustion can be unambiguously assigned. An example of a measure of the quality of the combustion is the fuel-air ratio. Advantageously, the combustion parameter corresponds to at least one or exactly one measured value representing the combustion, such as a combustion signal, in particular a light intensity, a pollutant emission, a temperature and / or advantageously an ionization signal, or the combustion parameter can be clearly assigned to such a measured value ,
Unter einem „Signalmaximum“ ist die maximale Amplitude der Verbrennungskenngröße in einem mit der zeitlichen Änderung der Fluidzufuhrkenngröße korrelierten Zeitraum zu verstehen. Ein Signalmaximum kann insbesondere die maximale Amplitude eines Pulses der Verbrennungskenngröße sein. Unter einem „Verbrennungskenngrößenmaximum“ soll ein in zumindest bestimmten Betriebszuständen des Heizsystems maximal möglicher Wert der Verbrennungskenngröße bei einem konstanten Brennerleistungsparameter verstanden werden. Vorteilhaft lässt sich das Verbrennungskenngrößenmaximum eindeutig einem wohlbestimmten Wert des Brennstoff-Luft-Verhältnisses zuordnen. Ein Verbrennungskenngrößenmaximum ist ein maximal möglicher Wert der Verbrennungskenngröße bei einem konstanten Brennerleistungsparameter.A "maximum signal" is to be understood as meaning the maximum amplitude of the combustion parameter in a time period correlated with the temporal change of the fluid supply parameter. A signal maximum may in particular be the maximum amplitude of a pulse of the combustion characteristic. A "combustion parameter maximum" is intended to mean a maximum possible value of the combustion parameter with a constant burner performance parameter in at least certain operating states of the heating system. Advantageously, the combustion parameter maximum can be clearly assigned to a well-determined value of the fuel-air ratio. A combustion parameter maximum is a maximum possible value of the combustion parameter with a constant burner performance parameter.
Unter „Doppelpeakstruktur“ ist ein zeitlicher Verlauf der Verbrennungskenngröße in einem mit der zeitlichen Änderung der Fluidzufuhrkenngröße korrelierten Zeitraum zu verstehen, welcher mindestens zwei Maxima, gegebenfalls mit weitgehend gleicher Amplitude, aufweist. Die ersten beiden Maxima der Doppelpeakstruktur werden als „erster Peak“ und „zweiter Peak“ bezeichnet, das dazwischen liegenden Minimum als „erste Senke“. Weist die zeitliche Änderung der mindestens einen Verbrennungskenngröße eine Doppelpeakstruktur auf, ist das ein Hinweis darauf, dass das Signalmaximum dem Verbrennungskenngrößenmaximum entspricht.The term "double peak structure" is understood to mean a chronological progression of the combustion parameter in a time period correlated with the time change of the fluid supply parameter, which has at least two maxima, optionally with substantially the same amplitude. The first two maxima of the double peak structure are referred to as "first peak" and "second peak", the intermediate minimum as "first valley". If the temporal change of the at least one combustion parameter has a double peak structure, this is an indication that the signal maximum corresponds to the combustion parameter maximum.
Unter „Ermitteln“ eines Signalmaximums einer mit der zeitlichen Fluidzufuhränderung korrelierten zeitlichen Änderung von mindestens einer Verbrennungskenngröße, soll ein Verfahrensschritt verstanden werden, in welchem ein Signalmaximum einer mit der zeitlichen Fluidzufuhränderung korrelierten zeitlichen Änderung von mindestens einer Verbrennungskenngröße gemessen bzw. festgestellt wird. Dabei können auch Methoden der Datenverarbeitung bzw. Datenauswertung vorgesehen sein. Abhängig vom Ergebnis bzw. Wert des Signalmaximums können im weiteren Verlauf des Verfahrens optional unterschiedliche folgende Schritte ausgewählt werden, falls das notwendig und/oder erwünscht ist.By "determining" a signal maximum of a temporal change of at least one combustion parameter correlated with the temporal fluid change, a method step is to be understood in which a signal maximum of a temporal change correlated with the temporal fluid change is measured or determined by at least one combustion parameter. In this case, methods of data processing or data evaluation can also be provided. Depending on the result or value of the signal maximum, optionally different subsequent steps can be selected in the further course of the method, if necessary and / or desired.
Unter „Brennerleistungsparameter“, einem „ersten Brennerleistungsparameter“ oder einem „zweiten Brennerleistungsparameter“ soll insbesondere eine Kenngröße verstanden werden, welche mit der Leistung, insbesondere einer Heizleistung, des Heizsystems korreliert ist. Vorteilhaft kann, insbesondere durch die Steuer- und/oder Regeleinheit des Heizsystems, wenigstens anhand des Brennerleistungsparameters die Leistung, insbesondere Heizleistung, des Heizsystems ermittelt werden. Vorteilhaft entspricht der Brennerleistungsparameter mindestens einem oder genau einem, die Leistung abbildenden Messwert bzw. kann einem solchen Messwert eindeutig zugeordnet werden. Ein solcher Messwert kann beispielsweise eine Temperatur, eine Luftdurchflussmenge, ein Gebläsesteuersignal oder eine Gebläsedrehzahl sein bzw. von diesen gemessenen Parametern abgeleitet werden. Bevorzugt hängt der erste Brennerleistungsparameter von einem anderen, die Leistung abbildenden Messwert ab als der zweiten Brennerleistungsparameter bzw. wird der erste Brennerleistungsparameter mit einer anderen Methode ermittelt als der zweite Brennerleistungsparameter.The term "burner performance parameter", a "first burner performance parameter" or a "second burner performance parameter" should in particular be understood to mean a parameter which is correlated with the power, in particular a heating power, of the heating system. Advantageously, in particular by the control and / or regulating unit of the heating system, the power, in particular heating power, of the heating system can be determined at least on the basis of the burner power parameter. Advantageously, the burner performance parameter corresponds to at least one or precisely one measured value which reflects the power or can be unambiguously assigned to such a measured value. Such a measured value may be, for example, a temperature, an air flow rate, a blower control signal or a blower speed or be derived from these measured parameters. The first burner output parameter preferably depends on another measured value which reflects the output than the second burner output parameter or the first burner output parameter is determined using a different method than the second burner output parameter.
Unter „Ermitteln“ eines ersten Brennerleistungsparameters, soll ein Verfahrensschritt verstanden werden, in welchem eine direkt oder indirekt mit einer Leistung korrelierte Größe gemessen bzw. festgestellt wird. Dabei können auch Methoden der Datenverarbeitung bzw. Datenauswertung vorgesehen sein. Abhängig vom Ergebnis bzw. Wert des ersten Brennerleistungsparameters können im weiteren Verlauf des Verfahrens optional unterschiedliche folgende Schritte ausgewählt werden, falls das notwendig und/oder erwünscht ist.By "determining" a first burner performance parameter, a method step is to be understood in which a variable correlated directly or indirectly with a performance is measured or ascertained. In this case, methods of data processing or data evaluation can also be provided. Depending on the result or value of the first burner power parameter, it is optionally possible to select different subsequent steps in the further course of the method if this is necessary and / or desired.
Unter „Sollverbrennungskenngröße“ soll insbesondere eine skalare Kenngröße verstanden werden, welche die gewünschte Größe der Verbrennungskenngröße beschreibt. Nimmt die Verbrennungskenngröße den Wert der Sollverbrennungskenngröße an, weist die Verbrennung die vorgesehenen Eigenschaften auf, insbesondere bezüglich einer Schadstoffemission. Damit ist mit „Regeln des Heizsystems auf Basis der Sollverbrennungskenngröße“ ein Betrieb des Heizsystems gemeint, bei dem die Betriebsparameter so eingestellt werden, dass die Verbrennungskenngröße weitgehend den Wert der Sollverbrennungskenngröße annimmt. By "nominal combustion parameter" is meant in particular a scalar parameter which describes the desired size of the combustion parameter. If the combustion parameter assumes the value of the nominal combustion parameter, the combustion has the intended properties, in particular with regard to a pollutant emission. Thus, by "rules of the heating system based on the nominal combustion parameter" an operation of the heating system is meant, in which the operating parameters are adjusted so that the combustion parameter largely assumes the value of the nominal combustion parameter.
Unter „Ermitteln“ einer Sollverbrennungskenngröße soll ein Verfahrensschritt verstanden werden, in welchem in Abhängigkeit vom Signalmaximum, des ersten Brennerleistungsparameters und optional weiteren Parametern, insbesondere Betriebsparametern des Heizsystems, die Sollverbrennungsgröße bestimmt bzw. festgestellt wird. Dabei können insbesondere auch Methoden der Datenverarbeitung bzw. Datenauswertung vorgesehen sein, insbesondere unter Verwendung einer Recheneinheit.The term "determination" of a nominal combustion parameter is intended to be understood as a method step in which the desired combustion variable is determined or ascertained as a function of the signal maximum, of the first burner output parameter and optionally of further parameters, in particular operating parameters of the heating system. In particular, methods of data processing or data evaluation may also be provided, in particular using a computing unit.
Unter „Regeln des Heizsystems“ ist das einmalige oder wiederholte, insbesondere periodische, Einstellen von Betriebsparametern des Heizsystems gemeint, so dass das Heizsystem die spezifizierte und/oder angeforderte Leistung im vollen Umfang stets erfüllen kann, insbesondere unter veränderlichen inneren und äußeren Bedingungen, insbesondere bei Verschleißprozessen und wechselnden Rand- und Umweltbedingungen. Dabei sind unter „Betriebsparameter“ Parameter zu verstehen, die von der Steuerung des Heizsystems zum Steuern und Überwachen von im Heizsystem ablaufenden Prozessen verwendet werden. Beispiele für „Betriebsparameter“ sind die Gebläsedrehzahl bzw. die Gebläsedrehzahlkennlinie, eine Flammenionisationskennlinie oder eine Öffnungsweite eines Brennstoffregelventils. By "rules of the heating system" is meant the single or repeated, in particular periodic, setting of operating parameters of the heating system, so that the heating system can always fulfill the specified and / or requested performance to the full extent, in particular under changing internal and external conditions, in particular Wear processes and changing boundary and environmental conditions. In this case, "operating parameters" are to be understood as parameters which are used by the control of the heating system for controlling and monitoring processes taking place in the heating system. Examples of "operating parameters" are the fan speed or the fan speed characteristic, a flame ionization characteristic or an opening width of a fuel control valve.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach dem Hauptanspruch möglich.The features listed in the dependent claims advantageous refinements of the method according to the main claim are possible.
Wird das Signalmaximum aus dem ersten Peak und dem zweiten Peak ermittelt, hat das den Vorteil, dass eine besonders genaue und zuverlässige Bestimmung des Signalmaximums möglich ist. Wird beispielsweise das Signalmaximum als Mittelwert aus dem ersten Peak und dem zweiten Peak bestimmt, können auf diese Weise temperaturabhängige Effekte auf eine Messvorrichtung der Verbrennungskenngröße berücksichtigt werden, beispielsweise eine temperaturabhängige Leitfähigkeit einer Oxidationsschicht auf einer Ionisationssonde.If the signal maximum is determined from the first peak and the second peak, this has the advantage that a particularly accurate and reliable determination of the signal maximum is possible. If, for example, the signal maximum is determined as an average value from the first peak and the second peak, temperature-dependent effects on a measuring device of the combustion parameter can be taken into account in this way, for example a temperature-dependent conductivity of an oxidation layer on an ionization probe.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ein Korrekturwert zur Korrektur des Signalmaximums berücksichtigt, welcher vom ersten Brennerleistungsparameter und optional einem zweiten Brennerleistungsparameter abhängt. Das hat den Vorteil, dass das Ermitteln der Sollverbrennungskenngröße besonders präzise ist. Insbesondere kann eine Leistungsabhängigkeit der Sollverbrennungskenngröße vom Signalmaximum berücksichtigt werden.In a further embodiment of the invention, a correction value for correcting the signal maximum, which depends on the first burner power parameter and optionally a second burner power parameter, is taken into account. This has the advantage that the determination of the nominal combustion characteristic is particularly precise. In particular, a power dependency of the nominal combustion characteristic from the signal maximum can be taken into account.
Wird die Sollverbrennungskenngröße durch eine Produktbildung vom Signalmaximum mit einem Kalibrierungsfaktor ermittelt, so wird eine besonders einfache und zuverlässige Methode zur Bestimmung der Sollverbrennungskenngröße realisiert. Zusätzlich werden auf diese Weise alle relevanten Einflüsse auf die Verbrennung automatisch bei der Wahl der Sollverbrennungskenngröße mitberücksichtigt, welche einen Einfluss auf das Verbrennungskenngrößenmaximum haben. Das erspart die Notwendigkeit einer zusätzlichen Sensorik zur Berücksichtigung dieser Einflüsse.If the nominal combustion parameter is determined by a product formation from the signal maximum with a calibration factor, a particularly simple and reliable method for determining the nominal combustion parameter is realized. In addition, in this way all relevant influences on the combustion are automatically taken into account in the selection of the nominal combustion parameter, which have an influence on the combustion parameter maximum. This saves the need for additional sensors to take account of these influences.
Wird der Kalibrierungsfaktor in Abhängigkeit vom ersten Brennerleistungsparameter und/oder von dem bzw. einem zweiten Brennerleistungsparameter ermittelt, kann eine Leistungsabhängigkeit der Sollverbrennungskenngröße vom Signalmaximum berücksichtigt werden.If the calibration factor is determined as a function of the first burner performance parameter and / or of the or a second burner performance parameter, a power dependency of the nominal combustion parameter from the signal maximum can be taken into account.
Weist die zeitliche Fluidzufuhränderung weitgehend die Form einer Rampe und/oder weitgehend eine Geschichte auch scharf auf, kann besonders zuverlässig sichergestellt werden, dass die zeitliche Änderung der mindestens einen Verbrennungskenngröße ein Verbrennungskenngrößenmaximum mindestens zwei Mal annimmt bzw. dass die zeitlichen Änderung der mindestens einen Verbrennungskenngröße eine Doppelpeakstruktur aufweist. Dabei ist unter „weitgehend die Form einer Rampe“ ein zeitlicher Verlauf der Fluidzufuhrkenngröße zu verstehen, bei dem die Fluidzufuhrkenngröße zunächst einen Normalwert aufweist. Anschließend wird die Fluidzufuhrkenngröße linear erhöht. Bei Erreichen eines Maximalzufuhrwerts wird die Fluidzufuhrkenngröße schnell auf den Normalwert gesenkt, insbesondere so schnell wie möglich. Bei einer „weitgehenden Dreieckform“ wird die Fluidzufuhrkenngröße wie bei der Rampenform linear erhöht. Wird der Maximalzufuhrwert erreicht, wird die Fluidzufuhrkenngröße so lange linear gesenkt, bis der Normalwert erreicht wird. Dabei kann die lineare Erhöhung der Fluidzufuhrkenngröße mit einer weitgehend gleichen oder verschiedenen Geschwindigkeit erfolgen wie die lineare Senkung der Fluidzufuhrkenngröße. If the temporal change in fluid supply largely also has the form of a ramp and / or a largely history, it can be ensured with particular reliability that the temporal change of the at least one combustion parameter adopts a combustion parameter maximum at least twice, or if the change in time of the at least one combustion parameter Double peak structure has. In this case, "largely the shape of a ramp" is to be understood as a time profile of the fluid supply parameter, in which the fluid supply parameter initially has a normal value. Subsequently, the fluid supply parameter is increased linearly. Upon reaching a maximum supply value, the fluid supply parameter is rapidly reduced to normal, in particular as quickly as possible. In the case of a "substantially triangular shape", the fluid supply parameter is linearly increased, as in the case of the ramp shape. When the maximum supply value is reached, the fluid supply parameter is reduced linearly until the normal value is reached. In this case, the linear increase of the fluid supply characteristic variable can take place with a substantially same or different speed as the linear reduction of the fluid supply parameter.
Wird in einem zusätzlichem Schritt eine vorübergehende zeitliche zusätzliche Fluidzufuhränderung erzeugt, wobei diese zusätzliche Fluidzufuhränderung der Fluidzufuhränderung entgegengesetzt ist, so hat das den Vorteil, dass die durch die Fluidzufuhränderung bedingte zusätzliche Heizleistung und die zusätzlichen Emissionen ausgeglichen werden. Im zeitlichen Mittel über die Fluidzufuhränderung und die zusätzliche Fluidzufuhränderung hat die Fluidzufuhrkenngröße den im Regelbetrieb vorgesehenen Wert.If, in an additional step, a temporary temporal additional fluid supply change is produced, this additional fluid supply change being opposite to the fluid supply change, this has the advantage that the additional heating power and the additional emissions caused by the fluid supply change are compensated. In the time average over the fluid supply change and the additional fluid supply change, the fluid supply parameter has the value provided in the control mode.
Entspricht die Fluidzufuhrkenngröße einem Steuersignal zum Dosieren eines Brennstoffs und/oder der Verbrennungsluft und/oder einer Mischung aus einem Brennstoff und Verbrennungsluft, wird auf diese Weise keine Vermessung des Brennstoffs und/oder der Verbrennungsluft und/oder einer Mischung aus einem Brennstoff und Verbrennungsluft bzw. eines Durchflusses dieser Fluide benötigt. Das vereinfacht das Verfahren und macht es robust gegenüber Fehlfunktionen.If the fluid supply parameter corresponds to a control signal for metering a fuel and / or the combustion air and / or a mixture of a fuel and combustion air, in this way no measurement of the fuel and / or the combustion air and / or a mixture of a fuel and combustion air or a flow of these fluids needed. This simplifies the procedure and makes it robust against malfunctions.
Wird die mindestens eine Verbrennungskenngröße durch eine Ionisationsstrommessung an einer Flamme des Heizsystems bestimmt, ist das besonders vorteilhaft, da zwischen dem Ionisationsstrom an einer Flamme und dem Brennstoff-Luft-Verhältnis ein funktionaler Zusammenhang besteht, welcher besonders günstig auswertbar ist. Insbesondere weist der Ionisationsstrom ein Verbrennungskenngrößenmaximum auf, welches bei einem Brennstoff-Luft-Verhältnis von 1 liegt.If the at least one combustion parameter is determined by an ionization current measurement on a flame of the heating system, this is particularly advantageous because there is a functional relationship between the ionization current at a flame and the fuel-air ratio, which can be evaluated particularly favorably. In particular, the ionization stream has a combustion characteristic maximum, which is at a fuel-air ratio of 1.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der erste Brennerleistungsparameter aus einem ersten Zeitunterschied zwischen dem Erzeugen der Fluidzufuhränderung und dem Ermitteln der mit der Fluidzufuhränderung korrelierten zeitlichen Änderung von der mindestens einen Verbrennungskenngröße ermittelt. Der erste Zeitunterschied ist ein Maß für eine Laufzeit bzw. eine Transportgeschwindigkeit einer Verbrennungsluft und/oder einer Mischung aus einem Brennstoff und Verbrennungsluft. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sich der erste Zeitunterschied besonders einfach und kostengünstig bestimmen lässt.In a further embodiment of the invention, the first burner performance parameter is determined from a first time difference between the generation of the fluid supply change and the determination of the temporal change correlated with the fluid supply change from the at least one combustion parameter. The first time difference is a measure of a transit time or a transport speed of a combustion air and / or a mixture of a fuel and combustion air. This embodiment has the advantage that the first time difference can be determined in a particularly simple and cost-effective manner.
Wird der erste Brennerleistungsparameter aus der Doppelpeakstruktur ermittelt, insbesondere aus einem zweiten Zeitunterschied zwischen dem ersten Peak und der ersten Senke und/oder aus einem dritten Zeitunterschied zwischen dem ersten Peak und dem zweiten Peak, hat das den Vorteil, dass eine zuverlässige Abschätzung einer momentanen Brennerleistung möglich ist. Der zweite Zeitunterschied und der dritte Zeitunterschied sind in bevorzugten Ausführungen kürzer als der erste Zeitunterschied. If the first burner performance parameter is determined from the double peak structure, in particular from a second time difference between the first peak and the first drain and / or from a third time difference between the first peak and the second peak, this has the advantage that a reliable estimate of a current burner output is possible. The second time difference and the third time difference are shorter in preferred embodiments than the first time difference.
Das Verfahren wird weiter verbessert, wenn der zweite Brennerleistungsparameter eine Gebläsedrehzahl ist oder von dieser abhängt. Die Gebläsedrehzahl lässt sich einfach und zuverlässig bestimmen und liefert eine gute Abschätzung einer Brennerleistung. Zusätzlich erlaubt ein so bestimmter zweiter Brennerleistungsparameter eine Überprüfung des ersten Brennerleistungsparameters, wenn dieser mit einer anderen Methode ermittelt wurde, beispielsweise über eine Laufzeitmessung oder eine Analyse der Doppelpeakstruktur.The method is further improved when the second burner performance parameter is or depends on a fan speed. The fan speed can be easily and reliably determined and provides a good estimate of burner performance. In addition, a second burner performance parameter determined in this way allows a check of the first burner performance parameter if it was determined by a different method, for example via a transit time measurement or an analysis of the double peak structure.
Wird die Fluidzufuhränderung abhängig von dem ersten und/oder dem bzw. einem zweiten Brennerleistungsparameter gewählt, ermöglicht das die präzise Anpassung der benötigten Änderung der Fluidzufuhrkenngröße, so dass Verbrennungskenngröße das Verbrennungskenngrößenmaximum mindestens zwei Mal anzunehmen kann bzw. eine Doppelpeakstruktur aufweist. Auf diese Weise kann die benötigte Fluidzufuhränderung minimiert werden, so dass eine Fluidmenge, insbesondere Brennstoff, eingespart wird und so die Emissionen reduziert werden.If the fluid supply change is selected as a function of the first and / or the second burner performance parameter, this enables the required change of the fluid supply parameter to be precisely adapted so that the combustion parameter can adopt the combustion parameter maximum at least twice or has a double peak structure. In this way, the required fluid supply change can be minimized, so that a quantity of fluid, in particular fuel, is saved and thus the emissions are reduced.
Die Verwendung einer Steuereinheit für ein Heizsystem, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren zur Kontrolle und Regelung eines Brennstoff-Luft-Verhältnisses in einem Heizsystem auszuführen, hat den Vorteil, dass durch das Betreiben des Heizsystems bei der richtigen Einstellung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses die Haltbarkeit des Heizsystems erhöht wird, Fehlfunktionen vermieden werden und somit die Sicherheit erhöht wird. The use of a control unit for a heating system, wherein the control unit is adapted to carry out the method according to the invention for controlling and regulating a fuel-air ratio in a heating system, has the advantage that by operating the heating system with the correct setting of the fuel Air ratio, the durability of the heating system is increased, malfunctions are avoided and thus increased safety.
Ein Heizsystem mit einer erfindungsgemäßen Steuereinheit, mit einem Dosierer für einen Brennstoff und/oder für Verbrennungsluft und/oder für eine Mischung aus einem Brennstoff und Verbrennungsluft, sowie mit einer Ionisationssonde an einer Flamme und mit einem Gebläse mit variierbarer Gebläsedrehzahl hat den Vorteil, dass im Betrieb des Heizsystems eine falsche Einstellung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses weitgehend verhindert wird. Auf diese Weise werden unvorhergesehene, starke Belastungen des Heizsystems durch beispielsweise zu hohe Brennertemperaturen und/oder zu hohe Gebläsedrehzahlen und/oder zu hohe Rußemissionen und/oder zu starke Vibrationen vermieden. Das ermöglicht eine kostengünstige Herstellung des Heizsystems. Zusätzlich wird auf der Brennstoffverbrauch gesenkt und die Lebensdauer des Heizsystems erhöht bzw. das Zeitintervall zwischen den erforderlichen Inspektionsintervallen gesenkt. A heating system with a control unit according to the invention, with a metering device for a fuel and / or combustion air and / or a mixture of a fuel and combustion air, as well as with an ionization probe on a flame and with a blower with variable fan speed has the advantage that in Operation of the heating system is a wrong adjustment of the fuel-air ratio is largely prevented. In this way, unforeseen, heavy loads on the heating system are avoided by, for example, too high burner temperatures and / or excessive fan speeds and / or excessive soot emissions and / or excessive vibration. This allows a cost-effective production of the heating system. In addition, fuel consumption is reduced and the life of the heating system is increased or the time interval between the required inspection intervals is reduced.
Weist das Heizsystem mindestens einen Dosierer für einen Brennstoff und/oder für Verbrennungsluft und/oder für eine Mischung aus einem Brennstoff und Verbrennungsluft auf, ist damit eine zeitliche Änderung einer Fluidzufuhrkenngröße besonders einfach erzeugbar.If the heating system has at least one metering device for a fuel and / or for combustion air and / or for a mixture of a fuel and combustion air, a temporal change of a fluid supply parameter is thus particularly easy to produce.
Dabei soll unter einem „Dosierer“ insbesondere eine, insbesondere elektrische und/oder elektronische, Einheit, insbesondere Aktoreinheit, vorteilhaft Stelleinheit, verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, das zumindest eine Fluid, insbesondere den Verbrennungsluftstrom, den Brennstoffstrom und/oder den Gemischstrom, insbesondere aus der Verbrennungsluft und dem Brennstoff, zu beeinflussen. Insbesondere ist der zumindest eine Dosierer dazu vorgesehen, einen Volumenstrom und/oder einen Massenstrom, insbesondere der Verbrennungsluft und/oder des Brennstoffs, einzustellen, zu regulieren und/oder zu fördern. Der Dosierer für Verbrennungsluft kann dabei vorteilhaft als, insbesondere drehzahlvariabler, Ventilator und/oder vorzugsweise als, insbesondere drehzahlvariables, Gebläse ausgebildet sein. Der Dosierer für Brennstoff kann vorteilhaft als, insbesondere durchsatzvariable, Brennstoffpumpe und/oder vorzugsweise als, insbesondere durchsatzvariables, Brennstoffventil ausgebildet sein. Insbesondere sind der Dosierer für Verbrennungsluft und/oder der Dosierer für Brennstoff dazu vorgesehen, eine Heizleistung der Heizgerätevorrichtung zu modulieren.In this case, a "dosing device" should be understood as meaning in particular one, in particular electrical and / or electronic, unit, in particular actuator unit, advantageous setting unit, which is provided for the at least one fluid, in particular the combustion air flow, the fuel flow and / or the mixture flow, in particular from the combustion air and the fuel to influence. In particular, the at least one metering device is provided for adjusting, regulating and / or conveying a volume flow and / or a mass flow, in particular the combustion air and / or the fuel. The dosing device for combustion air can advantageously be designed as a fan, in particular having a variable speed, and / or preferably as a fan, in particular a variable-speed fan. The fuel metering device can advantageously be designed as a fuel pump, in particular variable in flow rate, and / or preferably as a fuel valve, in particular variable in flow rate. In particular, the combustion air metering device and / or the fuel metering device are intended to modulate a heating power of the heater device.
Weist das Heizsystem eine Ionisationssonde an der Flamme des Heizgeräts auf, ist damit ein besonders günstiger und zuverlässiger Sensor zur Messung einer Verbrennungskenngröße realisiert. Ionisationsdetektoren werden üblicherweise in Heizgeräten zur Flammendetektion eingesetzt. If the heating system has an ionization probe on the flame of the heater, this realizes a particularly favorable and reliable sensor for measuring a combustion parameter. Ionization detectors are commonly used in heaters for flame detection.
Weist das Heizsystem ein Gebläse mit variierbarer Gebläsedrehzahl auf, kann auf diese Weise ein einfaches und robustes Mittel zur Einstellung und Bestimmung einer Leistung des Heizgeräts realisiert werden.If the heating system has a blower with variable blower speed, a simple and robust means for setting and determining a heater output can be achieved in this way.
Zeichnungendrawings
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Verfahrens zur Einstellung und Regelung eines Brennstoff-Luft-Verhältnisses in einem Heizsystems gemäß der vorliegenden Erfindung, der Steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung und des Heizsystems gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen In the drawings, exemplary embodiments of the method for adjusting and regulating a fuel-air ratio in a heating system according to the present invention, the control unit according to the present invention and the heating system according to the present invention are illustrated and explained in more detail in the following description. Show it
Beschreibungdescription
In den verschiedenen Ausführungsvarianten erhalten gleiche Teile bzw. Schritte die gleichen Bezugszahlen.In the various embodiments, the same parts or steps receive the same reference numbers.
In
Als wesentliche Komponenten befinden sich eine Wärmezelle
Die Wärmezelle
In
Die Fluidzufuhränderung
Im Ausführungsbeispiel wird die Fluidzufuhränderung
In einem folgenden Schritt
Der Grund der Doppelpeakstruktur
Aufgrund der Fluidzufuhränderung
In der in
In Schritt
Im Ausführungsbeispiel wird das Auftreten einer Doppelpeakstruktur
Es ist denkbar, dass die Fluidzufuhränderung
Ist eine Doppelpeakstruktur
In einem Schritt
In alternativen Varianten ist die Zeit-Brennerleistung-Funktion
In einem weiteren Schritt
In Schritt
Im Ausführungsbeispiel wird die Sollverbrennungskenngröße
In einem weiteren Schritt
Wird im Ausführungsbeispiel die Gebläsedrehzahl
Im Ausführungsbeispiel wird das Heizsystem
In Schritt
Das Verfahren
Im Ausführungsbeispiel werden die Schritte
Es ist denkbar, dass in Varianten der Ausführungsform die Flammenionisationskennlinie
Weiterhin ist es denkbar, dass in weiteren Varianten der Ausführungsform in Schritt
Im Ausführungsbeispiel wird in Schritt
Im Ausführungsbeispiel ist der Kalibrierungsfaktor
Im Ausführungsbeispiel hat die Fluidzufuhränderung
In alternativen Ausführungsformen wird in einem zusätzlichen Schritt eine zusätzliche Fluidzufuhränderung erzeugt. Die zusätzliche Fluidzufuhränderung ist der Fluidzufuhränderung
Im Ausführungsbeispiel ist die Fluidzufuhrkenngröße
Im Ausführungsbeispiel ist die Verbrennungskenngröße
Im Ausführungsbeispiel wird der erste Brennerleistungsparameter
Im Ausführungsbeispiel ist der zweite Brennerleistungsparameter
Im Ausführungsbeispiel wird die Fluidzufuhränderung
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