DE2138868A1 - Control system for combustion systems - Google Patents
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Description
8540-718540-71
Case 553Case 553
U.S. Ser. No. 60,230U.S. Ser. No. 60.230
vom 3. August 1970dated August 3, 1970
Electronics Corporation of America, Cambridge Electronics Corporation of America , Cambridge
(Mass., USA)(Mass., USA)
Regelanlage für VerbrennungssystemeControl system for combustion systems
Bei Regelanlagen für Verbrennungssysteme wird herkömmlicherweise das Vorhandensein einer Flamme in der Brennkammer durch eine Flammenanzeigevorrichtung wie einen Flammenstab (flame rod) oder einen Infrarot- oder Ultraviolettstrahlungsanzeiger überwacht. Vor der Zündung erzeugt die Flammenanzeigevorrichtung ein Signal, das anzeigt, dass keine Flamme vorhanden ist. Nachdem eine Flamme in der Brennkammer gebildet ist, erzeugt die Flammenanzeigevorrichtung ein Signal, das anzeigt, dass eine Flamm vorhanden ist und beim Ausbleiben einer Flamme wird ein Flammenaus fallsignal erzeugt. Bei normaler Zündfolge fliesst Brennstoff vor der Flammenbildung in die Brennkammer ein. Falls sich die Flamme nicht sofort bildet, wird der Brennstoffzufluss abgebrochen und ein Reinigungsprozess vor erneutem Beginn der Zündfolge eingeleitet, um den unverbrannten Brennstoff aus der Brennkammer zu entfernen. Der Zeitraum in der der ZündVorgang überprüft wird, muss innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne beendet sein, da sonst unverbrannter Brennstoff weiter in die Brennkammer einfliesst und einen gefährlichen Zustand hervorruft.In control systems for combustion systems, the presence of a flame in the combustion chamber is conventionally indicated by a Flame indicator such as a flame rod or monitors an infrared or ultraviolet radiation indicator. Before ignition, the flame display device generates a signal that indicating that there is no flame. After a flame is formed in the combustion chamber, the flame indicator generates a signal indicating that there is a flame and if there is no flame it becomes flame out fall signal generated. With a normal ignition sequence, fuel flows into the combustion chamber before the flame forms. If the flame does not form immediately, the fuel flow is cut off and a cleaning process initiated before restarting the ignition sequence to remove the unburned fuel from the combustion chamber to remove. The period in which the ignition process is checked must be completed within a specified period of time, otherwise unburned fuel will continue to flow into the combustion chamber and creates a dangerous condition.
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Es wurden bereits einen Vielzahl von Schaltanlagen vorgeschlagen, um diesen Zeitraum für die Ueberprüfung der Zündung zeltlich festzulegen. Bei einer bekannten Anordnung wird ein von einem Motor angetriebener Zeitschalter benutzt, der einen Schalter sehliesst, um den Brennstoffzufluss in die Brennkammer während eines vorgegebenen Zeitraums zu ermöglichen und den Zufluss beendet, wenn sich die Flamme nicht innerhalb dieses Zeitraums bildet. Ein solches System kann in seiner Arbeitsweise recht unsicher sein, da die Zeitspanne für die Zündprüfung unbestimmbar lang würde, wenn der Motor der die Nooke des Zeitschalters antreibt aussetzt.A large number of switchgears have already been proposed, around this period of time for checking the ignition to be determined. In one known arrangement, a motor driven timer is used which is a switch it closes to the fuel flow into the combustion chamber during a predetermined period of time and the flow is terminated if the flame is not within this period forms. Such a system can be quite uncertain in its mode of operation, since the time span for the ignition test cannot be determined would be long if the motor that drives the nooke of the timer cuts out.
Manchmal wird auch ein Thermostatschalter benutzt, um diese Schwierigkeit zu verhindern. Die Heizvorrichtung des Sperrschalters wird während der Zündprüfungsperiode erregt, so dass der Sperrschalter in Betrieb ist, falls der Zeitsehalter versagt. Solche Sperrschalter arbeiten aber nicht genau genug bei kurzen Prüfzeiten von beispielsweise 2 bis 15 Sekunden. Ausserdem ist die dabei erreichbare Zeitspanne von der Spannung abhängig.A thermostat switch is also sometimes used to prevent this difficulty. The heater of the lock switch is energized during the ignition check period so that the lockout switch will operate if the timer fails. Such locking switches do not work precisely enough with short test times of, for example, 2 to 15 seconds. Also is the time that can be achieved depends on the voltage.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer verbesserten Regelanlage, die dazu geeignet ist, in einfacher Weise* und ohne hohe Kosten einen zuverlässig begrenzten Zeitintervall für die Zündprüfung zu liefern.The object of the invention is therefore to create an improved control system which is suitable for this in a simple manner * and without high costs of delivering a reliably limited time interval for the ignition test.
Dies wird erfindungsgemäs-s durch eine Regelanlage erreicht, die gekennzeichnet ist, durchAccording to the invention, this is achieved by a control system which is characterized by
a) einen Regler für die Brennstoffzufuhr in eine Verbrennungskammer ja) a regulator for supplying fuel to a combustion chamber j
b) eine Schaltvorrichtung zur Steuerung des Reglers;b) a switching device for controlling the regulator;
c) eine in der Brennstoffkammer angeordnete Zündvorrichtungc) an ignition device arranged in the fuel chamber
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zur Zündung des in die Brennstoffkammer eingeleiteten Brennstoffs zu einer Flamme;to ignite the fuel introduced into the fuel chamber into a flame;
d) eine Flammenanzeigevorriehtung zur Feststellung der in der Brennkammer vorhandenen Flamme durch Aussendung von Signalen;d) a flame display device for determining the flame present in the combustion chamber by emitting signals;
e) einen Regelkreis zur Betätigung des Reglers nach Massgabe eines Zündbefehls, im Sinne einer Brennstoffzufuhr,-unde) a control circuit for actuating the controller in accordance with an ignition command, in the sense of a fuel supply and
f) einen Schaltkreis zur Erzeugung eines Ausgangssignals, welches die Brennstoffzufuhr in die Brennkammer während einer vorgegebenen Zeitspanne ermöglicht und bei Fehlen eines eine Flamme anzeigenden Signals der Flammenanzeigevorriehtung, die Brennstoffzufuhr an die Brennstoffkammer bereits vor dem Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne beendet.f) a circuit for generating an output signal, which the fuel supply into the combustion chamber during a predetermined period of time and in the absence of a flame indicating signal of the flame display device, the Fuel supply to the fuel chamber terminated before the specified period of time had elapsed.
Bei einer vorzugsweisen Ausbildungsform umfasst der Schaltkreis einen Kondensator und eine auf einen Befehl zur Vornahme einer Zündprüfung ansprechende Schaltvorrichtung, wobei der Kondensator vor dem Beginn des Befehls mit einer Spannungsquelle verbunden ist und die Schaltvorrichtung auf den Befehl hin den Kondensator von.der Spannungsquelle trennt und ihn im Sinne einer Betätigung des Reglers für die Brennstoffzufuhr im Schaltkreis verbindet.In a preferred embodiment, the circuit comprises a capacitor and a switching device responsive to a command to perform an ignition test, the capacitor is connected to a voltage source before the start of the command and the switching device, on the command, the capacitor von.der voltage source separates and it in the sense of an actuation of the regulator for the fuel supply in the circuit connects.
Gemäss einer weiteren vorzugsweisen Ausbildungsform einer Regelanlage für Verbrennungssysteme ist die Schaltvorrichtung durch einen Nocken betätigten einpoligen Umschalter gebildet, der in seiner ersten Schaltstellung den Kondensator mit der Spannungsquelle und in seiner zweiten Schaltstellung mit einem Entladekreis verbindet, der den Regler für die Brennstoffzufuhr steuert. Hierbei ist zwischen dem Kondensator und dem Regler für die, ,According to a further preferred embodiment of a control system for combustion systems, the switching device is formed by a cam-operated single-pole changeover switch, which in its first switch position connects the capacitor to the voltage source and in its second switch position it connects to a discharge circuit that controls the regulator for the fuel supply. Here is between the capacitor and the controller for the,,
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Brennstoffzufuhr ein Stromkreis mit einem^Relais vorgesehen, das auf ein von der Flammenanzeigevorrichtung erzeugte Signal, welches das Vorhandensein einer Flamme in der Verbrennungskammer anzeigt, anspricht und der Kondensator ist in dem Schaltkreis so angeordnet, dass die für die Vornahme einer Zündprüfung vorgegebene Zeitspanne durch die Zeitkonstante des Schaltkreises bestimmt und das Relais während dieser Zeitspanne unabhängig von einem von der Flammenanzeigevorrichtung ausgesandten Signals erregbar ist.Fuel supply a circuit with a ^ relay provided, in response to a signal generated by the flame indicator indicating the presence of a flame in the combustion chamber indicates, responds and the capacitor is arranged in the circuit so that the for making an ignition test predetermined period of time determined by the time constant of the circuit and the relay during this period of time independently can be excited by a signal emitted by the flame display device.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Regelanlage wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben. An embodiment of a control system according to the invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawing.
Wie aus der Figur zu ersehen ist, weist ein Transformator 16 Zuführungsklemmen 12 und 14 auf, für den Anschluss an eine Wechselstromquelle. Die Flammenanzeigevorrichtung 18, die als Flammenfühler eine ultraviolett empfindliche Röhre 20 verwendet, ist mit der ersten Sekundärwicklung 22 des Transformators 16 und der Primärwicklung 24 eines Abkühltransformators 26 verbunden. Die Sekundärwicklung 28 des Transformators 26 bildet mit den Dioden 30 und 32 einen Doppelweggleichrichter, dessen Ausgang über die Leitung J>h zur Basiselektrode des Transistors geführt wird. Eine zweite Sekundärwicklung 38 des Transformators 16 ist mit einer Diode 40 und einem Kondensator 42 verbunden und bildet eine B+ Spannungsquelle. Der mit der Spannungsquelle verbundene Schaltkreis umfasst die Transistoren 36 und 46 und regelt den Strom durch die Relaisspule 48. Die Relaisspule 48 steuert ein Ventil 50, das wiederum die Brennstoffzufuhr zur Brennkammer 52 reguliert. Eine Zündvorrichtung 54 ist in derAs can be seen from the figure, a transformer 16 has supply terminals 12 and 14 for connection to an alternating current source. The flame display device 18, which uses an ultraviolet-sensitive tube 20 as a flame sensor, is connected to the first secondary winding 22 of the transformer 16 and the primary winding 24 of a cooling transformer 26. The secondary winding 28 of the transformer 26 forms with the diodes 30 and 32 a full wave rectifier, the output of which is led to the base electrode of the transistor via the line J> h. A second secondary winding 38 of the transformer 16 is connected to a diode 40 and a capacitor 42 and forms a B + voltage source. The circuit connected to the voltage source includes transistors 36 and 46 and regulates the current through relay coil 48. Relay coil 48 controls a valve 50 which in turn regulates the supply of fuel to combustion chamber 52. An ignition device 54 is in the
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Brennkammer 52 angeordnet. Ein Motor treibt Nocken an, die Kontakte 60-1, 60-2 und 60-3 betätigen. Die Kontakte 60-1, 60-2 sind in einem einpoligen Umschalter 60 angeordnet, in dessen erster Schaltstellung ein Kondensator 62 durch die Kontakte 60-1 über den Widerstand 64 mit der B+ Spannungsquelle und in dessen zweiter Schaltstellung der Kondensator 62 durch die Kontakte 60-2 mit einem Spannungsteiler mit den Widerständen 66 und 68 verbunden ist. Der Mittelabgriff 70 des Spannungsteilers ist mit der Basis eines Transistors 72 und dessen Kollektor mit der Basis des Transistors 46 verbunden*Combustion chamber 52 arranged. A motor drives cams, the contacts Press 60-1, 60-2 and 60-3. Contacts 60-1, 60-2 are arranged in a single-pole changeover switch 60, in its first switching position a capacitor 62 through the contacts 60-1 via the resistor 64 to the B + voltage source and in its Second switching position of the capacitor 62 through the contacts 60-2 with a voltage divider with the resistors 66 and 68 connected is. The center tap 70 of the voltage divider is with the base of a transistor 72 and its collector to the base of transistor 46 connected *
Die Anlage arbeitet folgendermassen:The system works as follows:
In der Vorzundungsphase sind das Ventil 50 und der Kontakt 60-1 geschlossen, während die Kontakte 60-2 und 60-j offen sind. Der Flammenfühler 20 empfängt keine Flammenstrahlen und befindet sich deshalb in nichtleitendem Zustand. Durch die Wicklung 24 des Transformators 26 fliesst kein Strom und daher führt' auf die Leitung ^4 keinen Ausgangswert. Der Transistor ^6 ist deshalb in nichtleitendem Zustand. Der Transistor 72 ist ebenfalls nichtleitend und seine Basiselektrode liegt ungefähr auf Erdpotential. Deshalb liegt eine Spannung die etwa der B+ Spannung entspricht, an der Basis des Transistors 46, so dass sich dieser ebenfalls in nichtleitendem Zustand befindet und auch durch die Relaisspule 48 kein Strom fliesst. Das von dem Relais 48 gesteuerte Brennstoffventil 50 ist deshalb geschlossen. Während dieser Periode ist der Kondensator 62 ständig durch die Verbindung über den Schaltkontakt 60-l mi.t der B+ Spannungsquelle geladen.The valve 50 and the contact 60-1 are in the pre-ignition phase closed while contacts 60-2 and 60-j are open. The flame sensor 20 does not receive any flame rays and is located therefore in a non-conductive state. No current flows through the winding 24 of the transformer 26 and therefore leads to the Line ^ 4 no output value. The transistor ^ 6 is therefore in non-conductive state. The transistor 72 is also non-conductive and its base electrode is approximately at ground potential. Therefore there is a voltage which corresponds approximately to the B + voltage, at the base of transistor 46 so that it is also in a non-conductive state and also through the relay coil 48 no electricity is flowing. The one controlled by relay 48 Fuel valve 50 is therefore closed. During this period, the capacitor 62 is continuously connected through the connection the switch contact 60-l loaded with the B + voltage source.
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Eine Prüfung des Zündungsvorgangs kann man einleiten, wenn man den über Nocken gesteuerten Schalter 60 betätigt und dabei den Kontakt 60-1 öffnet und die Kontakte 60-2 und 60-5 sehliesst, Der Kondensator 62 liefert daraufhin über den Kontakt 60-2 und den Widerstand 66 an die Basis des Transistors 72 eine Spannung. Dadurch wird der Transistor 72 leitend und die Spannung an der Basis des'-Transistors 46 verringert, der dann ebenfalls leitet und ermöglicht, dass der Strom durch die Relaisspule 48 fliesst. Daraufhin wird das Brennstoffventil 50 geöffnet. Wenn der in die Kammer 52 fliessende Brennstoff gezündet ist, spricht der Flammenfühler 20 auf die Flamme an und wird leitend. Durch die Wicklung 24 des Transformators 26 fliesst Strom und eine positive Spannung gelangt über die Leitung 34 zur Basis des Transistors 36. Der Transistor 36 wird leitend und hält die Basis des Transistors 46 auf einen verringerten Spannungswert, so dass dieser leitend bleibt und der Strom weiter durch die Relaisspule 48 fliesst. Das Brennstoffventil bleibt also offen. Der Kondensator 62 entlädt sich jedoch über die Widerstände 64, 66 und 68. Die Zeitkonstante dieser Entladung ist gegeben durch das Produkt aus dem Kapazitätswert des Kondensators 62 und der Summe der Widerstände 64, 66 und 68. Die Spannung an der Basis des Transistors 72 fällt ab und der Transistor geht in den leitenden Zustand über. Falls die Zündung in der Kammer 52 nicht innerhalb einer Zeitspanne erreicht wird, die eine Funktion der Zeitkonstante ist, wird die Spannung daraufhin an der Basis des Transistors 46 ansteigen und der Transistor 46 wird wieder nichtleitend. Es fliesst also kein Strom durch das Relais 48 und das Brennstoffventil 50 sehliesst sich.A check of the ignition process can be initiated by actuating the switch 60 controlled by cams and at the same time the contact 60-1 opens and the contacts 60-2 and 60-5 close. The capacitor 62 then delivers via the contact 60-2 and the resistor 66 to the base of the transistor 72 a voltage. This makes the transistor 72 conductive and the voltage across the Base des' transistor 46 is reduced, which then also conducts and allows the current to flow through the relay coil 48. The fuel valve 50 is then opened. If the in the chamber 52 is ignited, the flowing fuel speaks Flame sensor 20 on the flame and becomes conductive. Current and a positive current flows through the winding 24 of the transformer 26 Voltage reaches the base of transistor 36 via line 34. Transistor 36 becomes conductive and holds the base of the Transistor 46 to a reduced voltage value, so that it remains conductive and the current continues through the relay coil 48 flows. The fuel valve remains open. However, the capacitor 62 discharges through the resistors 64, 66 and 68. The time constant of this discharge is given by the product of the capacitance value of the capacitor 62 and the Sum of resistors 64, 66 and 68. The voltage at the base of transistor 72 drops out and the transistor goes into the conductive state. If the ignition in the chamber 52 fails is reached within a period of time which is a function of the time constant, the voltage is then applied to the base of the Transistors 46 rise and transistor 46 becomes non-conductive again. So there is no current flowing through relay 48 and the fuel valve 50 closes.
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Die Anlage begrenzt also einfach zuverlässig und ausfallsicher die Zeitspanne, während der der Brennstoff ohne Zündung fliesst ungefähr auf die Grosse der Zeitkonstant des Kondensators .62 mit den in Reihe geschalteten Widerständen 64, 66 und 68.Thus, the system is limited simple, reliable and fail-safe the time period during which the fuel flows without ignition to approximately the size of the time constant of the capacitor .62 with the series-connected resistors 64, 66 and 68th
Es wurde lediglich ein spezielles Ausführungsbeispiel dargestellt und beschrieben. Für den auf diesem Gebiet tätigen Fachmann sind jedoch verschiedene Abwandlungen naheliegend. Zum Beispiel ist es naheliegend auch Schaltungen mit anderen Flammenfühlern zu verwenden. Auch können andere Schalter und Ladekreise in der Praxis angewandt werden.Only a special embodiment was shown and described. However, various modifications are obvious to those skilled in the art. To the For example, it is obvious to use circuits with other flame sensors. Other switches and charging circuits can also be used can be used in practice.
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