DE10319835A1

DE10319835A1 - Control method for fuel-driven burner, involves performing calibrating procedure during start of burner operation by increasing the fuel-air mixture until an exhaust sensor outputs a signal equivalent to an established threshold value

Info

Publication number: DE10319835A1
Application number: DE10319835A
Authority: DE
Inventors: Walter Bornscheuer; Michael Klepka; Klaus Richter
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2004-11-11

Abstract

The method involves performing a calibrating procedure during start of burner operation by increasing the fuel-air mixture until an exhaust sensor (6) outputs a signal equivalent to an established threshold value, after which the mixture is reduced to a set ratio to compute another fuel and air mixture.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung eines mit einem Brennstoff-Luft-Gemisch gespeisten Brenners, insbesondere bei Heizungsanlagen mit Gebläse.The Invention relates to a method for controlling a a fuel-air mixture fed burner, especially in heating systems with fans.

Bei brennstoffbetriebenen Heizungsanlagen mit Gebläse gemäß dem Stand der Technik wird mittels einer Gasarmatur die Brenngasmenge an die Luftmenge angepaßt. Hierzu wird der Luftmassenstrom meist mittels des Druckabfalls an einer Blende gemessen und über diesen Steuerdruck die Brenngasmenge gesteuert. Dieses Verfahren zur Mischung von Brenngas und Luft hat den Nachteil, dass aufgrund wechselnder Brenngaszusammensetzung der Luftüberschuss variieren kann; hierdurch kann es zu hohen Schadstoffemissionen während des Betriebs und Startschwierigkeiten kommen.at fuel-operated heating systems with blowers according to the prior art adjusted the amount of fuel gas to the amount of air by means of a gas fitting. For this the air mass flow is usually by means of the pressure drop at one Aperture measured and over this control pressure controlled the amount of fuel gas. This method for mixing fuel gas and air has the disadvantage that due to changing fuel gas composition the excess air can vary; hereby it can lead to high pollutant emissions during operation and starting difficulties come.

Bei ölbetriebenen Heizungsanlagen wird in Abhängigkeit der Leistungsanforderung die Ansteuerung der Ölförderpumpe geregelt. Im Gegensatz zu Erdgas treten bei Heizöl nur geringe Schwankungen des Heizwertes auf. Demgegenüber gibt es bei Heizöl nennenswerte Schwankungen der Dichte und der Viskosität, die sich wiederum auf den Heizölvolumentrom auswirken. So kann bei konstanter Leistungsaufnahme oder Drehzahl der Ölförderpumpe der Heizölvolumenstrom aufgrund der Dichte- und Viskositätsspannbreite des Heizöls schwanken. Über diese Schwankung des Heizölvolumenstroms kommt es zu einer Veränderung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses, was wiederum einen Einfluß auf die Schadstoffemissionen hat. Die Anpassung der Verbrennungsluftmenge erfolgt über ein drehzahlgeregeltes Gebläse oder eine Drosselklappe.With oil-powered Heating systems will be dependent the control of the oil pump is regulated according to the power requirement. In contrast join natural gas with heating oil only slight fluctuations in the calorific value. In contrast there it with heating oil noteworthy fluctuations in density and viscosity again on the heating oil volume flow impact. So with constant power consumption or speed the oil pump the heating oil volume flow fluctuate due to the density and viscosity range of the heating oil. About these Fluctuation of the heating oil volume flow there is a change the fuel-air ratio, which in turn has an impact on that has pollutant emissions. The adjustment of the amount of combustion air takes place via a speed-controlled fan or a throttle valve.

Aus der EP 770 824 B1 ist bekannt, dass bei Gasbrennern das Brenngas-Luft-Gemisch dadurch geregelt werden kann, dass der Ionisationsstrom, der vom Luftüberschuss abhängig ist und bei stöchiometrischer Verbrennung sein Maximum aufweist, gemessen wird und das Gemisch in Abhängigkeit von dem Ionisationsstromsignal verändert werden kann. Hierbei besteht das Problem, das ein relativ kleines Signal sehr genau gemessen werden muss.From the EP 770 824 B1 it is known that in gas burners the fuel gas-air mixture can be regulated by measuring the ionization current, which is dependent on the excess air and has its maximum in the case of stoichiometric combustion, and the mixture can be changed as a function of the ionization current signal. The problem here is that a relatively small signal has to be measured very precisely.

Bei Heizölbrennern kann dieses Verfahren nicht angewendet werden, da Ölbrenner nicht mittels Ionisationssonden überwacht werden. Aufgrund von Rußverschmutzungen könnte mittels Ionisationssonden stetig kein zuverlässiges Signal erlangt werden.at Fuel oil burners this method cannot be used because oil burners not monitored by ionization probes become. Due to soot contamination could steady no reliable signal can be obtained by means of ionization probes.

Bei einem Verfahren zur Regelung des Brenngas-Luft-Gemischs gemäß EP 833 106 befindet sich ein Flammenfühler nahe einer Brennerplatte. Durch das Erhöhen des Luftüberschusses wird ein Abheben der Flamme bewirkt, wodurch ein grobes Maß für den Luftüberschuss gegeben ist.According to a method for regulating the fuel gas-air mixture EP 833 106 there is a flame sensor near a burner plate. By increasing the excess air, the flame is raised, which gives a rough measure of the excess air.

Ebenfalls bekannt ist ein Verfahren, bei dem der Sauerstoffanteil im Abgas eines Gasbrenners gemessen wird und das Brenngas-Luft-Gemisch derart geregelt wird, dass sich ein bestimmter Sauerstoffanteil im Abgas ergibt. Ein solches Verfahren wird zum Beispiel in US 5 190 454 beschrieben. Hierzu ist zu bemerken, dass Sauerstoffsensoren, welche über Jahre hinweg einen Sauerstoffüberschuss präzise messen, nicht zum Stand der Technik gehören und das Meßsignal sich im Arbeitsbereich nur wenig ändert.Also known is a method in which the oxygen content in the exhaust gas of a gas burner is measured and the fuel gas / air mixture is regulated in such a way that a specific oxygen content in the exhaust gas results. Such a method is described, for example, in US 5,190,454 described. It should be noted in this regard that oxygen sensors, which precisely measure an excess of oxygen for years, do not belong to the state of the art and the measurement signal changes only slightly in the work area.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein robustes Verfahren zur Regelung einer brennstoffbetriebenen Verbrennungsanlage zu schaffen, bei dem das Brenntoff-Luft-Verhältnis derart geregelt wird, dass ein sicheres Zünden und niedrige Schadstoffemissionen gewährleistet sind. Hierzu soll ein deutlich zu messendes Signal verwendet werden. Bei bekannten Verfahren sind die Abweichungen der zu messenden Signalwerte sehr klein, wodurch es häufig – insbesondere bei gealterten Sensoren – zu fehlerbehafteten Messungen und Regelungen kommt.The The invention has for its object a robust method for To create regulation of a fuel powered incinerator which the fuel-air ratio is such it regulates that safe ignition and low pollutant emissions guaranteed are. For this purpose, a signal that can be clearly measured should be used. at Known methods are the deviations of the signal values to be measured very small, which makes it common - especially for aged sensors - too faulty Measurements and regulations come.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein eindeutiges, robustes Regelverfahren für einen brennstoffbetriebenen Brenner zu schaffen.aim the invention is to avoid these disadvantages and to provide a clear, robust control procedure for to create a fuel powered burner.

Erfindungsgemäß wird dies bei Verfahren der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruches erreicht.According to the invention in the process of the aforementioned Art achieved by the characterizing features of the independent claim.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen mit zwei Verfahrensschritten wird erreicht, dass von Zeit zu Zeit eine Kalibrierung des Brennstoff-Luft-Verbundes stattfindet, bei dem das Mischungsverhältnis derart eingestellt wird, dass eine saubere und sichere Verbrennung gewährleistet ist.By the proposed measures With two procedural steps, that is accomplished from time to time a calibration of the fuel-air network takes place at which the mixing ratio is set so that a clean and safe combustion guaranteed is.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die geringere Leistungsaufnahme des Gebläses, da der Druckverlust für die Volumenstrommessung überflüssig wird. Hierdurch reduzieren sich auch die Gebläsegeräusche und ein kleineres, in der Regel kostengünstigeres Gebläse kann verwendet werden. Es ist hierdurch zum Beispiel nicht mehr notwendig durch unterschiedliche Bauteile zwischen Erdgas H, Erdgas L und Flüssiggas zu unterscheiden; hier genügt eine entsprechende Standardvorgabe für die Regelung, damit der Brenner gestartet werden kann.On another advantage of the method according to the invention is the lower one Power consumption of the blower, because the pressure drop for the volume flow measurement becomes superfluous. This also reduces fan noise and a smaller, in usually cheaper fan can be used. It is no longer hereby, for example necessary due to different components between natural gas H, natural gas L and LPG to distinguish; here is enough a corresponding standard specification for the regulation so that the burner can be started.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 wird sichergestellt, dass nach der Kalibrierung eine Kontrolle des Betriebszustandes stattfindet. Sollte die Veränderung des Brennstoff-Luft-Gemischs im zweiten Verfahrensschritt derartig groß sein, dass der günstige Bereich des Brennstoff-Luft-Gemischs bereits wieder überschritten ist, so wird in einem dritten Verfahrensschritt zurückgeregelt. Hierbei kann gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3 im dritten Verfahrensschritt solange das Brennstoff-Luft-Verhältnis geändert werden bis ein bestimmter Wert unterschrittten wird oder gemäß den Merkmalen des Anspruchs 4 pauschal die Veränderung des zweiten Verfahrensschrittes im dritten Verfahrensschritt um einen bestimmten Bruchteil – z.B. 25 % der Gebläsedrehzahländerung – zurückgenommen werden. Dies ist besonders bei Heizöl von besonderer Bedeutung, da der Bereich, in dem eine saubere Verbrennung stattfindet, kleiner ist als bei Erdgas.According to the characteristics of claim 2 ensures that after calibration the operating status is checked. Should the change of the fuel-air mixture be so large in the second step that the favorable range of the fuel-air mixture has already been exceeded again, then in regulated back a third step. Here, according to the characteristics of claim 3 in the third step as long as the fuel-air ratio are changed until a certain value is undercut or according to the characteristics of claim 4 flat-rate the change the second step in the third step by one certain fraction - e.g. 25% of fan speed change - withdrawn become. This is particularly important for heating oil because the area where clean combustion takes place is smaller than natural gas.

Gemäß den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs 5 wird ermittelt, wann im fetten, als auch mageren Bereich die Verbrennung unhygienisch wird, um anschließend den Brenner definiert zwischen dem so ermittelten fetten und mageren Grenzwert optimal zu betreiben.According to the characteristics of the independent procedural claim 5 is determined when the combustion in the rich and lean range becomes unsanitary to subsequently the burner defines between the fat and lean limit value determined in this way to operate optimally.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 kann eine vorteilhafter Schwellwert für den Kalibriervorgang bestimmt werden.According to the characteristics of claim 6 can be an advantageous threshold for the calibration process be determined.

Die Merkmale der Ansprüche 7 und 8 beschreiben vorteilhafte Verfahrensschritte zur Durchführung des Verfahrens. So kann das Brennstoff-Luft-Gemisch angefettet werden, indem man die Brennstoffmenge erhöht oder die Luftmenge reduziert. Zur Abmagerung des Gemischs kann die Brennstoff menge reduziert oder die Luftmenge erhöht werden. Es ist vorstellbar, dass bei dem Verfahren sowohl die Brennstoff-, als auch Luftmenge verändert wird.The Features of the claims 7 and 8 describe advantageous method steps for carrying out the Process. So the fuel-air mixture can be enriched, by increasing the amount of fuel or reducing the amount of air. The amount of fuel can be reduced to lean the mixture or the amount of air increases become. It is conceivable that in the process both the fuel, as well as the amount of air changed becomes.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 ergibt sich der Vorteil, dass das Kalibrierverfahren auch dann – außerhalb der vorgesehenen Zyklen – durchgeführt werden kann, wenn eine ungewöhnlich hohe Kohlenmonoxid- beziehungsweise Kohlenwasserstoffkonzentration vorliegt. So ist es beispielsweise denkbar, dass sich kurz nach einer Kalibrierung aufgrund einer Flüssiggas-Luft-Zumischung das Brennstoff-Luft-Verhältnis signifikant ändert und eine hohe Kohlenmonoxid- beziehungsweise Kohlenwasserstoffkonzentration im Abgas entsteht.According to the characteristics of claim 9 there is the advantage that the calibration method even then - outside of the intended cycles can if an unusual high carbon monoxide or hydrocarbon concentration is present. For example, it is conceivable that shortly after a calibration based on a liquid gas / air admixture Fuel-air ratio changes significantly and a high carbon monoxide or hydrocarbon concentration arises in the exhaust gas.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10 liegen auch vor der erstmaligen Durchführung des installierten Brenners Sollwerte vor, so dass der Brenner bis zur Durchführung der ersten Kalibrierung mit diesen Werten betrieben werden kann.According to the characteristics of claim 10 are also before the first implementation of the installed burner setpoints so that the burner up to execution the first calibration can be operated with these values.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11 ergibt sich der Vorteil, dass die Funktion des Abgassensors überprüft werden kann. Zum angegebenen Zeitpunkt sollte nur Luft am Abgassensor vorliegen. Wird dagegen Kohlenmonoxid beziehungsweise Kohlenwasserstoffe in nennenswerter Höhe gemessen, so ist dies ein Indiz dafür, dass ein Sensorfehler vorliegt; statt eine Kalibrierung mit einem defekten Sensor durchzuführen, sollten dann besser die bisherigen Sollwerte Verwendung finden oder das Gerät abgeschaltet werden.According to the characteristics of claim 11, there is the advantage that the function of Exhaust gas sensor to be checked can. At the specified time, there should only be air at the exhaust gas sensor. Becomes in contrast, carbon monoxide or hydrocarbons in significant Measured height, so this is an indication of that there is a sensor error; instead of a calibration with a perform defective sensor, should then better use the previous setpoints or the device is switched off become.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12 ergibt sich der Vorteil, dass die Funktion des Abgassensors auch beim Abschalten des Brenners überprüft werden kann. Zum Zeitpunkt des Abschaltens kann es kurzzeitig zu einer leichten Erhöhung des Signalwertes kommen. Kurz nach dem Abschalten sollte nur Luft am Abgassensor vorliegen. Wird dagegen Kohlenmonoxid in nennenswerter Höhe gemessen, so ist dies ein Indiz dafür, dass ein Sensorfehler vorliegt.According to the characteristics of claim 12, there is the advantage that the function of Exhaust gas sensor can also be checked when the burner is switched off. At the time switching off can temporarily lead to a slight increase in the Signal values come. Shortly after switching off, only air should be on Exhaust gas sensor present. In contrast, carbon monoxide is worth mentioning Height measured, so is this an indication that there is a sensor error.

Gemäß Anspruch 13 kann festgestellt werden, ob der Sensor während des Betriebs plausible Werte liefert oder ob der Sensor wahrscheinlich defekt ist. Bei Vorliegen eines Defektes wird der Brenner mit in der Regelung hinterlegten Standardwerten oder in einem früheren Kalibrierverfahren ermittelten Werten betrieben oder eine Störabschaltung veranlaßt.According to claim 13, it can be determined whether the sensor has plausible values during operation delivers or whether the sensor is probably defective. If available of a defect, the burner is also stored in the control Defaults or in an earlier one Calibration procedure determined values operated or a lockout causes.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 14 ergibt sich der Vorteil, dass redundant mittels Kohlenmonoxid- oder Kohlenwasserstoff- und Ionisationsstrommessung festgestellt werden kann, ob das System in Ordnung ist. Stellt das System fest, dass ein Widerspruch stattfindet, so wird die Kalibrierung abgebrochen und die Regelung verwendet die alten Sollwerte.According to the characteristics of claim 14 there is the advantage that redundant means Carbon monoxide or hydrocarbon and ionization current measurement can be determined whether the system is OK. Put that System determines that a contradiction is taking place, so the calibration canceled and the control uses the old setpoints.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 15 ergibt sich der Vorteil, dass angesichts der widersprüchlichen Informationen, eine Störabschaltung erfolgt und somit eine Gefährdung ausgeschlossen ist.According to the characteristics of claim 15 there is the advantage that given the contradictory Information, lockout takes place and thus a hazard is excluded.

Durch die Merkmale des Anspruchs 16 ergeben sich weitere Anhaltspunkte für einen Defekt. Der Ionisationsstrom hat bei nahstöchiometrischer Verbrennung sein Maximum. Fällt der Ionisationsstrom bei Anfettung, so ist die Verbrennung unterstöchiometrisch; der Schwellwert hätte in diesem Falle längst erreicht sein müssen.By the features of claim 16 provide further clues for one Malfunction. The ionization current has near-stoichiometric combustion its maximum. falls the ionization current when enriched, the combustion is substoichiometric; the threshold would have in this case long ago must be reached.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 17 wird in beiden letztgenannten Fällen der Brenner abgeschaltet, um eine unsaubere Verbrennung zu vermeiden.According to the characteristics of claim 17, the burner is switched off in the latter two cases, to avoid dirty combustion.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 18 kann das Verfahren bei der Verwendung des Brennstoffs Heizöl angewendet werden.According to the features of claim 18 the method can be applied when using fuel oil.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 und 2 der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to 1 and 2 of the drawings explained. Show it:

1 ein Heizungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßes Verfahrens und 1 a heating system for performing the method according to the invention and

2 den Zusammenhang zwischen Luftüberschuß und Kohlenmonoxidemission. 2 the relationship between excess air and carbon monoxide emissions.

Eine Heizungsanlage gemäß 1 verfügt über einen Brenner 1 mit einem diesen umgebenden Wärmeaustauscher 10, an den sich ein Abgasrohr 9, in dem sich ein Abgassensor 6 befindet, anschließt. Dem Brenner 1 ist ein Gebläse 2 vorgeschaltet. Auf der Eingangsseite des Gebläses 2 befindet sich eine Luftansaugleitung 13, in die auch eine Brenngasleitung 12, die durch ein Gasventil 4 von der Brenngaszuführung 11 getrennt ist, reicht. Das Gasventil 4 verfügt über einen Stellantrieb 5. Das Gebläse 2 verfügt über einen Antriebsmotor 7 mit Drehzahlerfassung 8. Stellantrieb 5, Antriebsmotor 7, Drehzahlerfassung 8 und Abgassensor 6 sind mit einer Regelung 3, die über ein Speichermodul 31 und Rechenmodul 32 verfügt, verbunden. Ebenfalls mit der Regelung ist eine Ionisationselektrode 14, die knapp oberhalb des Brenners 1 positioniert ist, verbunden.A heating system according to 1 has a burner 1 with a heat exchanger surrounding it 10 to which there is an exhaust pipe 9 , in which there is an exhaust gas sensor 6 is connected. The burner 1 is a blower 2 upstream. On the inlet side of the blower 2 there is an air intake pipe 13 , which also includes a fuel gas line 12 by a gas valve 4 from the fuel gas supply 11 separated is enough. The gas valve 4 has an actuator 5 , The blower 2 has a drive motor 7 with speed detection 8th , actuator 5 , Drive motor 7 , Speed detection 8th and exhaust gas sensor 6 are with a scheme 3 that have a memory module 31 and computing module 32 disposes, connected. Also with the control is an ionization electrode 14 that are just above the burner 1 positioned, connected.

Beim Brennerbetrieb wird von der Regelung 3 z.B. aufgrund eines nicht dargestellten Raumthermostaten in Verbindung mit einer ebenfalls nicht dargestellten Vorlauftemperaturerfassung im Rechenmodul 32 eine Sollleistung des Brenners 1 berechnet. Im Speichermodul 31 ist zu der Sollleistung ein Sollsignal für die Brennstoff- und Luftmenge hinterlegt. Mit diesen Sollsignalen wird das Gebläse 2 mit seinem Antriebsmotor 7 und seiner Drehzahlerfassung sowie das Gasventil 4 mit seinem Stellantrieb 5 angesteuert, wodurch ein Brennstoff-Luft-Gemisch in das Gebläse 2 und von dort zum Brenner 1 strömt. Das Gemisch wird an der äußeren Oberfläche des Brenners 1 verbrannt, durchströmt den Wärmeaustauscher 10 und strömt anschließend durch das Abgasrohr 9 ins Freie.During burner operation, the regulation 3 For example, due to a room thermostat (not shown) in connection with a flow temperature detection (also not shown) in the computing module 32 a target output of the burner 1 calculated. In the memory module 31 a target signal for the fuel and air volume is stored for the target power. With these target signals, the blower 2 with its drive motor 7 and its speed detection as well as the gas valve 4 with its actuator 5 controlled, creating a fuel-air mixture in the blower 2 and from there to the burner 1 flows. The mixture is on the outer surface of the burner 1 burned, flows through the heat exchanger 10 and then flows through the exhaust pipe 9 into the open.

2 zeigt den Zusammenhang zwischen Kohlenmoxidkonzentration und Verbrennungsluftverhältnis λ. Um eine vollständige Verbrennung zu erreichen, ist theoretisch ein Verbrennungsluftverhältnis λ von 1,0 notwendig. 2 shows the relationship between carbon dioxide concentration and combustion air ratio λ. In order to achieve complete combustion, a combustion air ratio λ of 1.0 is theoretically necessary.

Hierbei ist m_L die tatsächliche Luftmenge und m_L,min die stöchiometrische Luftmenge. Bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen zu Kohlendioxid entsteht stets Kohlenmonoxid als Zwischenprodukt. Aufgrund der begrenzten Reaktionszeit in der wärmebeeinflußten Zone und eine unzureichende Durchmischung von Brennstoff und Luft, ist in der Praxis jedoch ein gewisser Luftüberschuss notwendig, um einen vollständigen Ausbrand zu gewährleisten. Daher hat man in der Regel bei knapp überstöchiometrischer Verbrennung einen CO-Wert von weit über 1000 ppm. Erst bei einem Luftüberschuß von ca. 10 % fallen die Kohlenmonoxid-Emissionen im ausreagierten Abgas deutlich und erreichen bei üblichen Brennern Werte unter 100 ppm. Mit Erhöhung der Luftzahl fällt jedoch – aufgrund des Anteils inerter Gase – die Verbrennungstemperatur; die Verbrennungsreaktion wird verlangsamt und es kommt zum Abbruch der Reaktion am Wärmeaustauscher. Daher ist bei Erdgas ab einem Luftüberschuss von ca. 80 % ein deutlicher Anstieg der Kohlenmonoxidemissionen zu verzeichnen. Bei Heizöl erfolgt der Anstieg der Kohlenmonxiodemissionen auf der mageren Seite bereits bei einem geringeren Luftüberschuss.Here m _{L is} the actual amount of air and m _{L, min is} the stoichiometric amount of air. The combustion of hydrocarbons to carbon dioxide always produces carbon monoxide as an intermediate. Due to the limited reaction time in the heat-affected zone and inadequate mixing of fuel and air, a certain excess of air is necessary in practice to ensure complete burnout. For this reason, when the combustion is just above stoichiometric, the CO value is usually well over 1000 ppm. Only with an air excess of approx. 10% will the carbon monoxide emissions in the fully reacted exhaust gas drop significantly and reach values below 100 ppm with conventional burners. However, as the air ratio increases, the combustion temperature drops due to the proportion of inert gases; the combustion reaction is slowed down and the reaction at the heat exchanger is terminated. For this reason, there is a significant increase in carbon monoxide emissions for natural gas from an air surplus of approx. 80%. With heating oil, the increase in carbon monoxide emissions on the lean side already occurs with a lower excess of air.

Da bei stöchiometrischer Verbrennung (theoretisch) der gesamte Brennstoff verbrannt wird und keine überschüssige Luft vorhanden ist, ist hierbei die Verbrennungstemperatur maximal. Mit überschüssiger Luft wird der Anteil der Inertgase erhöht, wodurch die Verbrennungstemperatur sinkt. Dies hat zur Folge, dass die Stickoxidemissionen bei stöchiometrischer Verbrennung maximal sind und bei Erhöhung des Luftüberschusses abnehmen. Auch der Wirkungsgrad einer Heizungsanlage ist bei stöchiometrischer Verbrennung maximal und nimmt bei Erhöhung des Luftüberschusses ab, da die inerten Gase Wärmeverluste aufnehmen und die Verweilzeit des Abgases im Wärmeaustauscher aufgrund der erhöhten Strömungsgeschwindigkeit reduziert wird, was auch durch den verbesserten Wärmeübergang nicht kompensiert wird. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass es sowohl bei nahstöchiometrischer Verbrennung, als auch bei sehr großen Luftüberschüssen zu einer Rußbildung kommen kann; diese verschlechtert den Wärmeübergang am Wärmeaustauscher.There with stoichiometric Combustion (theoretically) all of the fuel is burned and no excess air the combustion temperature is maximum. With excess air the proportion of inert gases is increased, causing the combustion temperature sinks. As a result, the nitrogen oxide emissions at stoichiometric Combustion are maximum and decrease when the excess air increases. The efficiency of a heating system is also stoichiometric Maximum combustion and increases when the excess air increases as the inert gases lose heat record and the residence time of the exhaust gas in the heat exchanger due to increased flow rate is reduced, which is not due to the improved heat transfer is compensated. However, it should be borne in mind that it is both with near stoichiometric Combustion, as well as soot formation with very large excess air can come; this worsens the heat transfer at the heat exchanger.

Oben genannte Tatsachen haben zur Folge, dass Brenner bevorzugt mit einem definierten Luftüberschuss betrieben werden. Im Ausführungsbeispiel wird daher von einer Sollluftzahl von ca. 1,25 ausgegangen. In 2 entspricht dies dem Punkt D, der in einem Sollbereich C liegt.The above facts mean that burners are preferably operated with a defined excess air. In the exemplary embodiment, a target air ratio of approximately 1.25 is therefore assumed. In 2 this corresponds to point D, which lies in a desired range C.

Bei der Verbrennung gilt:

The following applies to combustion:

Hierbei ist I_min der Mindestluftbedarf. Da bei einem realen Brennersystem das Verhältnis von Brennstoff zu Luft über den gesamten Modulationsbereich nicht konstant sein muss, ergibt sich eine Abhängigkeit

f(P) ist hierbei die leistungsabhängige Verhältnisfunktion, die fast linear ist, zwischen Brennstoff und Luft.I _{min is} the minimum air requirement. Since the ratio of fuel to air does not have to be constant over the entire modulation range in a real burner system, an Ab results dependence

f (P) is the performance-dependent ratio function, which is almost linear, between fuel and air.

Zu Beginn der Kalibrierung liegt ein beliebiges Brennstoff-Luft-Verhältnis vor. Die Regelung 3 steuert kontinuierlich den Stellantrieb 5 des Gasventils 4 derartig, dass stetig mehr Brennstoff bei gleicher Luftmenge in das Gebläse 2 gelangt. Hierdurch wird das Gemisch angefettet; die Luftzahl sinkt. Der Abgassensor 6 mißt die Kohlenmonoxidemission im Abgasrohr 9 und leitet das Signal an die Regelung 3 weiter. Registriert die Regelung 3, dass die Kohlenmonoxidemission einen im Speichermodul 31 vorgegebenen Schwellwert von 2000 ppm (Punkt A in 2) überschritten hat, so wird das Gemisch nicht weiter angefettet. Es ist bekannt, dass derartige Kohlenmonoxidemissionen bei einer Luftzahl von ca. 1,08 erreicht werden. Demnach ist es das Ziel die Luftzahl um 0,17 zu erhöhen, um die Sollluftzahl von 1,25 zu erreichen. Der Regelung 3 ist die Drehzahl des Gebläses 2 von dem Drehzahlsensor 8 des Antriebsmotors 7 und die Stellung des Gasventils 4 (beispielsweise über die Taktung des Stellantriebes 5 in Form der Pulsweitenmodulation) bekannt. Diese Daten werden im Speichermodul abgelegt. Durch den Vergleich dieser Daten mit ebenfalls im Speichermodul 31 abgelegten Referenzwerten im Rechenmodul 32 wird ein Korrekturfaktor k festgelegt. Hieraus ergibt sich, dass die Regelung 3 im folgenden bedarfsabhängigen Betrieb das Brenngas-Luft-Verhältnis gemäß der Beziehung

bestimmt. Dieser Kalibriervorgang wird in festen Zyklen durchfahren.Any fuel-air ratio is available at the start of the calibration. The regulation 3 continuously controls the actuator 5 of the gas valve 4 such that steadily more fuel with the same amount of air in the blower 2 arrives. As a result, the mixture is enriched; the air ratio drops. The exhaust gas sensor 6 measures the carbon monoxide emission in the exhaust pipe 9 and passes the signal to the control 3 further. Register the scheme 3 that the carbon monoxide emissions one in the storage module 31 predetermined threshold of 2000 ppm (point A in 2 ) has been exceeded, the mixture will not be further enriched. It is known that such carbon monoxide emissions are achieved with an air ratio of approximately 1.08. Accordingly, the goal is to increase the air ratio by 0.17 in order to achieve the target air ratio of 1.25. The scheme 3 is the speed of the fan 2 from the speed sensor 8th of the drive motor 7 and the position of the gas valve 4 (for example via the timing of the actuator 5 in the form of pulse width modulation). This data is stored in the memory module. By comparing this data with that in the memory module as well 31 stored reference values in the computing module 32 a correction factor k is determined. From this it follows that the control 3 in the following demand-dependent operation the fuel gas-air ratio according to the relationship

certainly. This calibration process is carried out in fixed cycles.

Aufgrund des relativ großen Sollbereichs (C in 2) muss die Messung und Regelung nicht einer besonderen Genauigkeit genügen. So ist es unproblematisch, wenn beispielsweise statt 2000 ppm 4000 ppm gemessen werden, da die Differenz beim Luftüberschuss für beide Kohlenmonoxidemissionen minimal sind. Auch die Abmagerung des Gemisches kann in einem relativ großen Toleranzband erfolgen. Es ist bekannt, dass handelsübliche Brenner, die mit Lambda 1,25 betrieben werden sollen, in einem Bereich zwischen 1,20 und 1,30 problemlos betrieben werden können. Es ist wiederum sehr leicht möglich das Gemisch derart abzumagern, dass man mit hinreichender Sicherheit diesen Bereich ansteuert.Due to the relatively large target range (C in 2 ) the measurement and control need not be particularly precise. It is therefore not a problem if, for example, 4000 ppm is measured instead of 2000 ppm, since the difference in excess air is minimal for both carbon monoxide emissions. The mixture can also be emaciated in a relatively large tolerance band. It is known that commercially available burners which are to be operated with lambda 1.25 can be operated without problems in a range between 1.20 and 1.30. Again, it is very easy to thin the mixture in such a way that it is controlled with sufficient certainty.

Es kann vorkommen, dass beispielsweise durch Flüssigstoff-Luft-Beimischung im Winter das Brennstoff-Luft-Verhältnis sich binnen Minuten ändert. Eine unsaubere Verbrennung würde so erst bei der nächsten routinemäßigen Kalibrierung korrigiert, evtl. sogar gänzlich unberücksichtigt bleiben, da zum Zeitpunkt der nächsten Kalibrierung wieder das ursprüngliche Gemisch vorläge. Um dies zu verhindern, mißt der Abgassensor 6 auch außerhalb der routinemäßigen Kalibrierung in bestimmten Abständen die Kohlenmonoxidemission im Abgasrohr 9. Ist ein bestimmter Grenzwert (Punkt B in 2) überschritten, so wird eine Kalibrierung von der Regelung 3 eingeleitet.It can happen that the fuel-air ratio changes within minutes, for example due to the addition of liquid to air. An unclean combustion would only be corrected during the next routine calibration, possibly even completely disregarded, since the original mixture would be available again at the time of the next calibration. To prevent this, the exhaust gas sensor measures 6 The carbon monoxide emission in the exhaust pipe also at certain intervals outside of the routine calibration 9 , Is a certain limit (point B in 2 ) is exceeded, the control will calibrate 3 initiated.

Optional kann bei der Kalibrierung zur Veränderung des Gemischs in Richtung brennstoffreicherer Zusammensetzung statt einer Erhöhung der Brennstoffmenge auch die Luftmenge reduziert werden, während die Gasmenge konstant bleibt. Auch kann statt eines absoluten Kohlenmonoxidsignals ein Gradient (z.B. CO-Änderung pro Drehzahländerung des Gebläses) gemessen werden. Der Schwellwert muss nicht einem bestimmten CO-äquivalenten Signal entsprechen, sondern kann z.B. auch gemäß Grundrauschen ohne CO (z.B. 20 mV) plus Abschaltwert (z.B. 0,5 V) bestimmt werden. In diesem Fall würde man voraussetzen, dass das Messsignal bei Kohlenmonoxidkonzentrationen im angestrebten Betriebsbereich sich deutlich unter diesem Schwellwert befinden und der Schwellwert ein Indiz dafür ist, dass ein bestimmtes Brennstoff-Luft-Verhältnis in Richtung brennstoffreicherem Gemisch unterschritten wurde.optional can change the mixture in the direction of the calibration fuel-rich composition instead of an increase in the amount of fuel also the amount of air can be reduced while the amount of gas is constant remains. A gradient can also be used instead of an absolute carbon monoxide signal (e.g. CO change per speed change of the blower) be measured. The threshold does not have to correspond to a specific CO-equivalent signal, but can e.g. also according to noise floor without CO (e.g. 20 mV) plus switch-off value (e.g. 0.5 V). In this case one assume that the measurement signal at carbon monoxide concentrations in the desired operating range are well below this threshold and the threshold is an indication that a particular Fuel-air ratio in the direction of the fuel-rich mixture.

Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Kalibrierung nicht durch eine Anfettung des Gemischs bis zu einem Schwellwert und anschließende Abmagerung geschieht, sondern vielmehr durch eine Abmagerung des Gemischs bis zu einem Schwellwert und anschließende Anfettung. Hierbei wird berücksichtigt, dass – wie aus 2 ersichtlich – auch bei sehr brennstoffarmen Gemischen die Kohlenmonoxid-Emissionen ansteigen. Während bei dem Kohlenmonoxidanstieg bei brennstoffreichen Gemischen der Beginn des steilen Anstiegs bei nahezu allen Brennern im gleichen λ-Bereich liegt, ist der steile Anstieg bei brennstoffarmen Gemischen sehr brennerspezifisch. Dies gilt sowohl für den Beginn des Anstiegs, als auch für den Gradienten (ΔCO/Δλ).Another variant of the method according to the invention consists in that the calibration is not carried out by enriching the mixture to a threshold value and subsequent emaciation, but rather by emaciating the mixture to a threshold value and subsequent enrichment. It is taken into account that - like from 2 evident - the carbon monoxide emissions increase even with very low-fuel mixtures. While the rise in carbon monoxide in fuel-rich mixtures starts the steep rise in almost all burners in the same λ range, the steep rise in fuel-poor mixtures is very burner-specific. This applies both to the start of the rise and to the gradient (ΔCO / Δλ).

Insbesondere bei der Verwendung von Heizöl bietet sich eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens an, die anhand eines Beispiels erläutert wird: Zunächst wird bei konstanter Heizölförderleistung die Luftmenge solange reduziert, bis ein steiler Anstieg der Kohlenmonoxidemissionen gemessen wird. Ein der Luftmenge bei diesem Betriebszustand entsprechendes Signal (z.B. Gebläsedrehzahl n_fett) wird in der Regelung gespeichert. Dann wird die Luftmenge erhöht, bis wiederum – nach einem Abfallen – ein steiler Anstieg der Kohlenmonoxidemissionen gemessen wird. Auch hier wird ein der Luftmenge bei diesem Betriebszustand entsprechendes Signal (z.B. Gebläsedrehzahl n_mager) in der Regelung gespeichert. Nun sind die fetten und mageren Grenzen des Betriebsbereichs des Brenners bekannt. Ausgehend von der mageren Grenze wird die Luftmenge definiert reduziert, um den Brenner mit optimalem Luftüberschuss zu betreiben. Beispielsweise wird die Gebläsedrehzahl n_optimal gemäß noptimal = nfett + (nmager – nfett) * 0,2eingestellt.In particular when using heating oil, a further variant of the method according to the invention is available, which is explained using an example: first, with a constant heating oil delivery rate, the amount of air is reduced until a steep increase in carbon monoxide emissions is measured. A signal corresponding to the amount of air in this operating state (eg fan speed n _rich ) is stored in the control system. The amount of air is then increased until a steep increase in carbon monoxide emissions is measured again after it has dropped. Here, too, will correspond to the amount of air in this operating state of the signal (e.g. fan speed n _lean ) saved in the control. Now the fat and lean limits of the burner's operating range are known. Starting from the lean limit, the air volume is reduced in a defined manner in order to operate the burner with an optimal excess of air. For example, the fan speed n is _optimally according to n optimal = n fat + (n skinny - n fat ) * 0.2 set.

Analog ist es auch möglich, zuerst die Luftmenge zu erhöhen oder die Heizölmenge zu verändern.Analogous is it also possible first increase the amount of air or the amount of fuel oil to change.

Eine weitere Option besteht darin, während der Veränderung kontinuierlich die Kohlenmonoxidemissionen und den Brenner im stationären Zustand dann mit dem Brennstoff-Luft-Verhältnis zu betreiben, bei dem die geringsten Kohlenmonoxidemissionen gemessen wurden.A another option is during the change then continuously the carbon monoxide emissions and the burner in steady state with the fuel-air ratio operate with the lowest carbon monoxide emissions measured were.

Es ist ferner bekannt, dass sich im Abgas die Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen in der gleicher Art verhalten wie die Kohlenmonoxid-Emissionen. Daher kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch ein Sensor verwendet werden, der ein den unverbrannten Kohlenwasserstoffen äquivalentes Signal erzeugt.It it is also known that the emissions in unburned exhaust gas Hydrocarbons behave in the same way as carbon monoxide emissions. Therefore, in the method according to the invention a sensor can also be used which is equivalent to the unburned hydrocarbons Signal generated.

Claims

Process for controlling a fuel-operated burner ( 1 ), especially with blower ( 2 ), with an electronic control ( 3 ), which specifies a target signal for the amount of fuel and the amount of air for a given burner output, a device for regulating the amount of fuel ( 4 . 5 ) and an exhaust gas sensor ( 6 ), which generates a signal equivalent to the carbon monoxide concentration or concentration of unburned hydrocarbons, characterized in that after a certain operating time or at periodic intervals, preferably burner starts or absolute time, a calibration process is carried out in which, in a first step, the fuel-air Mixture is greased or leaned until the exhaust gas sensor ( 6 ) detects a signal which, alone or in conjunction with at least one further signal, corresponds to a predefined or calculated threshold value, the signal for the fuel quantity and the air quantity is recorded for this state and then in a second process step the fuel / air mixture in the opposite direction is leaned or enriched again in a predetermined ratio, whereby new setpoints for the fuel quantity and air quantity are specified.

Method of controlling a burner ( 1 ) according to claim 1, characterized in that after the second method step, the signal of the exhaust gas sensor ( 6 ) detected and compared with a predetermined signal or calculated threshold value and if the predetermined signal or calculated threshold value is exceeded, the fuel-air mixture is enriched or emaciated again in a third process step against the direction of the second process step.

Method of controlling a burner ( 1 ) according to claim 2, characterized in that in the third method step, the fuel-air mixture is enriched or emaciated until a predetermined signal or calculated threshold value is undershot.

Method of controlling a burner ( 1 ) according to claim 2, characterized in that in the third process step, the fuel-air mixture is enriched or leaned by a predetermined fraction of the second process step.

Process for controlling a fuel-operated burner ( 1 ), especially with blower ( 2 ), with an electronic control ( 3 ), which specifies a target signal for the amount of fuel and the amount of air for a given burner output, a device for regulating the amount of fuel ( 4 . 5 ) and an exhaust gas sensor ( 6 ), which generates a signal equivalent to the carbon monoxide concentration or concentration of unburned hydrocarbons, characterized in that after a certain operating time or at periodic intervals, preferably burner starts or absolute time, a calibration process is carried out in which, in a first step, the fuel-air Mixture is greased or leaned until the exhaust gas sensor ( 6 ) detects a signal that, alone or in conjunction with at least one further signal, corresponds to a predefined or calculated threshold value, the signal for the fuel quantity and the air quantity is recorded for this state, then in a second process step the fuel-air mixture in the opposite direction is again emaciated or greased until the exhaust gas sensor ( 6 ) detects a signal that, alone or in conjunction with at least one further signal, corresponds to a predetermined or calculated threshold value, and in a third process step the fuel-air mixture is enriched or leaned in a predetermined ratio in the direction of the first process step, thereby creating new setpoints be specified for the amount of fuel and the amount of air.

Method of controlling a burner ( 1 ) ge according to one of claims 1 to 5, characterized in that the threshold value a gradient of the signal of the exhaust gas sensor ( 6 ) preferably derived from the fan speed or the control signal of the device for regulating the fuel quantity ( 4 . 5 ) corresponds.

Method of controlling a burner ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the enrichment and / or emaciation of the fuel-air mixture takes place by changing the control signal for the amount of fuel.

Method of controlling a burner ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the enrichment and / or emaciation of the fuel-air mixture takes place by changing the control signal for the amount of air.

Method of controlling a burner ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the calibration process is initiated when the signal equivalent to the carbon monoxide or hydrocarbon concentration during the operation of the burner is above a predetermined limit value at least 15 seconds after the burner has started.

Method of controlling a burner ( 1 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that at the beginning of the method of regulation ( 3 ) Setpoints for fuel and air are specified.

Procedure for regulating a benninger ( 1 ) according to one of claims 1 to 10, characterized in that before the burner start, preferably at least 5 seconds after the blower start, the carbon monoxide concentration or concentration of unburned hydrocarbons equivalent signal is detected and in the presence of a signal which preferably has a concentration greater than 20 ppm corresponds to, the calibration process is suppressed.

Method of controlling a burner ( 1 ) according to one of claims 1 to 11, characterized in that after switching off the fuel supply, preferably after a short measurement pause, preferably 1 second, the signal equivalent to the carbon monoxide concentration or the concentration of unburned hydrocarbons is detected and if a signal is present, that corresponds to a concentration greater than 20 ppm, the calibration process is suppressed.

Method of controlling a burner ( 1 ) according to one of claims 1 to 12, characterized in that the carbon monoxide or hydrocarbon concentration equivalent signal is detected and, in the presence of a signal which is less than a predetermined threshold value, preferably 0.2 V, is greater than another predetermined threshold value , preferably 4.8 V, the gradient of the signal is greater than a third threshold, preferably 100 mV / sec, or the frequency of the signal is greater than a fourth threshold, preferably 20 Hz, the calibration process is suppressed and the control ( 3 ) the burner ( 1 ) regulates with predefined standard values or values determined in a previous calibration process or the regulation ( 3 ) the burner ( 1 ) switches off.

Method of controlling a burner ( 1 ) according to one of claims 1 to 13, characterized in that in addition the ionization current at an ionization electrode located in the flame area ( 14 ) is recorded and in the case where the ionization current increases with a fuel-rich fuel-air mixture while the carbon monoxide or hydrocarbon equivalent signal drops, the calibration process is terminated.

Method of controlling a burner ( 1 ) according to claim 14, characterized in that the burner ( 1 ) is switched off.

Method of controlling a burner ( 1 ) according to one of claims 1 to 15, characterized in that in addition the ionization current at an ionization electrode located in the flame area ( 14 ) is recorded and in the case in which the ionization current drops with a fuel-rich fuel-air mixture while the threshold value for the carbon monoxide or hydrocarbon equivalent signal has not been reached, the calibration process is terminated.

Method of controlling a burner ( 1 ) according to claim 14 or 16, characterized in that the regulation ( 3 ) the device for regulating the amount of fuel ( 4 . 5 ) controlled in such a way that the fuel flow is interrupted.

Method of controlling a burner ( 1 ) according to one of claims 1 to 17, characterized in that the fuel is heating oil.