DE3037935A1

DE3037935A1 - GAS OR OIL HEATED, IN PARTICULAR WATER HEATER WORKING ON THE CONTINUOUS PRINCIPLE

Info

Publication number: DE3037935A1
Application number: DE19803037935
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Dipl.-Ing. 7122 Besigheim Grob; Helmut 7134 Vaihingen Maurer; Klaus Dr.-Ing. 7146 Tamm Müller; Franz Ing.(grad.) 7080 Aalen Rieger; Josef 7317 Wendlingen Schmid; Manfred 7314 Wernau Seebauer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-10-08
Filing date: 1980-10-08
Publication date: 1982-05-13
Also published as: JPS5790542A; FR2491590A1; DE3037935C2; JPH0456210B2

Description

^Ε· 6576 ^Ε 6576

16.9.1980 Ki/KnSeptember 16, 1980 Ki / Kn

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Gas- oder ölbeheizter, insbesondere nach dem Durchlaufprinzip arbeitender Wassererhitzer Gas or oil heated water heater, especially one that works according to the continuous flow principle

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Wassererhitzer nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE-OS 28 1U 671 ist ein Heizsystem "bekannt geworden, bei welchen als Sauerstoffsensor eine nach dem potiometrischen Prinzip arbeitende sogenannte A=1-Sonde verwendet ist. Dieses Heizsystem arbeitet praktisch ohne Luftüberschuß und erlaubt es auch, die Verbrennungsgase beim Durchströmen durch den Wärmeübertrager weiter als in konventionellen Systemen herunterzukühlen, benötigt jedoch zusätzlich Mittel zur katalytischen Nachverbrennung der Abgase, welche die Anlagekosten erhohen. Ferner ist bei Wärmeerzeugern mit Gasbrennern schon vorgeschlagen worden (Bericht "Gasfachliche Aussprachetagung Augsburg 1979", Seiten 76ff), eine A=i-Sonde als Sauerstoffsensor zu verwenden, dem zu messenden Verbrennungsgasstrom jedoch einen Hilfsgasstrom beizumischen bzw. einen Gasbestandteil zu entziehen, derart, daß die sprunghafte Veränderung der Sonden-EMK bei einem über 1 liegenden Wert der Luftüberschußzahl λ der Verbrennung auftritt. Ein solches, an sich aus der DE-OS 2k 6θ 066 bekannt gewordenes Verfahren ist verhältnismäßig aufwendig, zumal eine Hilfsgasquelle bereitgestellt werden muß.The invention is based on a water heater according to the preamble of the main claim. From DE-OS 28 1U 671 a "heating system" is known in which a so-called A = 1 probe working according to the potentiometric principle is used as the oxygen sensor. This heating system works practically without excess air and also allows the combustion gases to flow through To cool down the heat exchanger further than in conventional systems, however, requires additional means for the catalytic afterburning of the exhaust gases, which increase the system costs -Sonde to use as an oxygen sensor, but to add an auxiliary gas flow to the combustion gas flow to be measured or to remove a gas component in such a way that the sudden change in the probe EMF occurs at a value of the excess air coefficient λ of the combustion above 1. Such, in itself from DE-OS 2k 6θ 066 become known Nes method is relatively expensive, especially since an auxiliary gas source must be provided.

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

L. L.

Aus der DE-OS 19 5h 663 ist ein polarographischer Feststoff-Meßwertfühler an sich bekanntgeworden, der mit einer eigenen Heizung versehen ist. Die DE-OS 27 09 903 offenbart eine nach dem Grenzstromprinzip arbeitende Sauerstoff-Anzeigevorrichtung, deren Meßwertfühler mit einer Gasphasen-Diffusionsbarriere versehen ist.From DE-OS 19 5h 663 a polarographic solid measurement sensor has become known per se, which is provided with its own heater. DE-OS 27 09 903 discloses an oxygen display device which operates according to the limit current principle and whose measuring sensor is provided with a gas phase diffusion barrier.

Ferner si-nd aus den DE-O^-S'ή 27 3 8 520 und 28 27 773 Regeleinrichtungen nach der Gattung des hier vorliegenden Eauptanspruchs bekanntgeworden, welche jedoch nach dem sogenannten Verbundprinzip arbeiten, bei welchem der Temperaturregler auf ein die Brennstoffzufuhr kontrollierendes Stellglied und ein die Verbrennungsluftmenge kontrollierendes Stellglied gemeinsam einwirkt und der Sauerstoffsensor nur korrigierend das Stellglied für die Verbrennungsluftmenge beeinflußt. Bei einer derartigen Einrichtung ist sorgfältig darauf zu achten, daß die Mittel zum Koppeln der Stellglieder richtig eingestellt sind und die Einstellung sich im Laufe der Zeit nicht verändert. Wenn dies der Fall wäre, müßte der Sauerstoffsensor bei jeder Wärmebedarf sänderung größere Korrekturen vornehmen, wobei es wegen der nicht vermeidbaren Ansprechverzögerung des Sauerstoffsensors vorübergehend auch zu unerwünschten Anreicherungen der Verbrennungsgase mit Kohlenoxid kommen könnte. Ferner hat diese Art der Regelung den Nachteil, daß für die Korrektur der Luftüberschußzahl Sauerstoffsensoren mit sogenannten Allpaßverhalten nicht geeignet sind, wie es bestimmten Ausführungen von Grenzstromsonden zu eigen ist.Furthermore, from DE-O ^- S'ή 27 3 8 520 and 28 27 773 control devices according to the preamble of the present main claim have become known, which, however, work according to the so-called composite principle, in which the temperature controller acts on an actuator controlling the fuel supply and an actuator controlling the amount of combustion air acts together and the oxygen sensor only corrects the actuator for the amount of combustion air. In such a device, care must be taken to ensure that the means for coupling the actuators are properly set and that the setting does not change over time. If this were the case, the oxygen sensor would have to make major corrections with every heat requirement change, and because of the unavoidable response delay of the oxygen sensor, there could also be an undesirable enrichment of the combustion gases with carbon oxide temporarily. Furthermore, this type of regulation has the disadvantage that oxygen sensors with so-called all-pass behavior are not suitable for correcting the excess air number, as is the case with certain versions of limit current probes.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Eauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der Sauerstoffsensor auch im Magerbereich des Brennstoff-Luft-Gemisches, in welchem Geräte der gattungsmäßigen Art häufig betrieben werden, eine hohe Empfindlichkeit hat und daß das vom Sauerstoff sensor abgegebc-ne Signal über einen größeren Bereich hinweg proportional zum SauerstoffgehaltThe arrangement according to the invention with the characteristic Features of the main claim has the advantage that the oxygen sensor is also in the lean range of the fuel-air mixture, in which devices of the generic type are often operated, has a high sensitivity and that the signal emitted by the oxygen sensor via a proportional to the oxygen content over a larger area

des Verbrennungsgases ist und sich daher einfach für die Regelung auswerten läßt.of the combustion gas and can therefore be easily evaluated for control purposes.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Anordnung möglich.The measures listed in the subclaims are advantageous developments of the main claim specified arrangement possible.

Das Sondensignal wird prak'tisch unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit und der Temperatur der Verbrennungsgase, wenn der Feststoff-Meßwertfühler mit einer Diffusionsbarriere und einer auf mindestens 550 C, vorzugsweise 600 C eingestellen Eigenheizung versehen ist.The probe signal is practically independent of the flow velocity and the temperature of the combustion gases if the solids probe is provided with a diffusion barrier and a self-heating set to at least 550 ° C., preferably 600 ° C., is provided.

Der Feststoff-Meßwertfühler kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung auch das aktive Element einer Sicherheitsschaltung bilden, welche das Gerät abschaltet bzw. die Brennstoffzufuhr zu dessen Brenner unterbricht, wenn der Sauerstoffgehalt des Verbrennungsgases und damit das Sondensignal vorgegebene Grenzwerte über- bzw. unterschreitet .The solid matter sensor can after a further Proposal of the invention also form the active element of a safety circuit which switches off the device or the fuel supply to its burner is interrupted, when the oxygen content of the combustion gas and thus the probe signal exceeds or falls below specified limit values .

Bei einer Grenzstromsonde mit Meßgasreferenz, bei welcher beide Elektroden der Sonde dem zu überprüfenden bzw. messenden Gas ausgesetzt sind, ist die Sondenkennlinie zweideutig, weil sie bei X <T 1 mit abnehmendem X wieder ansteigt und das Sondensignal daher für jeweils zwei verschiedene Lambda-Werte die gleiche Größe hat. In diesem Fall kann es vorkommen, daß der Regler ein großes Sondensignal als großes 3> deutet und das Brennstoff-Luft-Gemisch anfettet, obwohl X bereits unter dem Wert 1 gefallen war und der Regler die Verbrennungsluftmenge hätte steigern müssen. Durch die Anfettung des Gemisches wird stattdessen das Sondensignal weiter erhöht und die Verbrennungsluftmenge noch stärker gedrosselt, bis schließlich der Regler die Luftzufuhr überhaupt abwürgt.In the case of a limit current probe with measuring gas reference, in which both electrodes of the probe are exposed to the gas to be checked or measured, the probe characteristic curve is ambiguous because at X <T 1 it increases again with decreasing X and the probe signal therefore for two different lambda values is the same size. In this case it can happen that the controller interprets a large probe signal as a large 3> and enriches the fuel-air mixture, although X had already fallen below the value 1 and the controller should have increased the amount of combustion air. Instead, by enriching the mixture, the probe signal is increased further and the amount of combustion air is throttled even more until the controller finally stalls the air supply at all.

Um das zu vermeiden, wird bei Verwendung von Grenzstronsonden mit Meßgasreferenz eine Sicherheitsschaltung vorgeschlagen, welche die Brennstoffzufuhr zum Brenner des GerätesTo avoid this, when using limit current probes a safety circuit proposed with measuring gas reference, which the fuel supply to the burner of the device

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

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unt erbricht , wenn das Sondensignal einen Viert erreicht, der etwa einem dem Sauerstoffgehalt der Luft entsprechenden J.-Wert zugeordnet ist. In diesem Pail wird eine Sicherheit sabschaltung des Gerätes auch ausgelöst, wenn trotz Wärmeanforderung die Brennstoffzufuhr ausbleibt, Wegen der guten Proportionalität zwischen Sondensignal und Sauerstoffgehalt bei -Grenzstromsonden läßt sich der obere Abschaltpunkt der Sonde im Sondensignal einwandfrei bestimmen.unt vomits when the probe signal reaches a fourth, which corresponds approximately to the oxygen content of the air J. value is assigned. In this pail there will be a security Shutdown of the device is also triggered if the fuel supply fails despite a heat request, because of the The upper switch-off point can be achieved with good proportionality between the probe signal and the oxygen content with limit current probes of the probe in the probe signal.

Ein eindeutiges Sondensignal bei Meßgasreferenz beider Elektroden der Sonde läßt sich ferner auch erzielen, wenn die Sonde als Doppelsensor mit einer Grenzstromsonde und einer CX =1-Sonde ausgebildet ist. Das Ausgangssignal der Grenzstromsonde wird invertiert, wenn die \\ =3-Sonde bei 1 auf hohe Spannung gesprungen ist.An unambiguous probe signal with the measurement gas reference of both electrodes of the probe can also be achieved if the probe is designed as a double sensor with a limit current probe and a CX = 1 probe. The output signal of the limit current probe is inverted when the \\ = 3 probe has jumped to high voltage at 1.

Bei Wassererhitzern, die mit einem auf die Brennstoffzufuhr einwirkenden Temperaturregler für die Vor- oder Rücklauftemperatur des Gerätes versehen sind, ergibt sich eine einwandfreie Regelung, wenn zwei unabhängig voneinander arbeitende Regelkreise vorgesehen sind, von denen der eine einen Wärmefühler als Ist-Wertgeber für die zu regelnde Temperatur und der andere den Feststoff-Meßwertfühler als Ist-Wertgeber für die Luftüberschußzahl der Verbrennung enthält, und wenn ferner eine vom Wärmebedarfssignal beeinflußte Steuereinrichtung für ein die Luftüberschußzahl beeinflussendes Stellglied vorgesehen ist, welche unabhängig vom Signal des Sauer stoffsensors und zeitlich begrenzt die Luftüberschußzahl über einen vorgegebenen Mindestwert hält, wenn sich das Wärmebedarfssignal mindestens um einen vorgegebenen Wert und/oder mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit ändert.In the case of water heaters that have an on the fuel supply temperature controllers for the flow or return temperature of the device are provided, the result is a Perfect control if two independently working control loops are provided, one of which one heat sensor as the actual value transmitter for the temperature to be controlled and the other the solid matter sensor as Actual value transmitter for the excess air ratio of the combustion contains, and if also influenced by the heat demand signal Control device is provided for an actuator influencing the excess air number, which is independent from the signal from the oxygen sensor and time-limited the Excess air ratio holds above a predetermined minimum value when the heat demand signal is at least a predetermined value Value and / or changes at a predetermined speed.

Dadurch ist erreicht, daß ein bei Verbundreglern notwendiges ständig wirksames Koppelungselement zwischen den beiden Stellgliedern entfällt und sich die Regeleinrichtung mit erprobten elektronischen Bauelementer, preiswert realisieren läßt.This ensures that a constantly effective coupling element between the two, which is necessary in compound regulators Actuators are omitted and the control device with tried and tested electronic components, can be implemented inexpensively.

Zeichnungdrawing

Sin Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 in schematischer Darstellung einen nach dem Durchlaufprinzip arbeitenden gasbeheizten Wassererhitzer mit einer Regeleinrichtung für die Wasser-Auslauf temperatur , Fig. '2 ein Blockschaltbild der Segeleinrichtung des Wassererhitzers nach Fig, 1 und Fig. 3 die Sondenkennlinie eines polarographischen Meßwertfühlers, dessen beide Elektroden dem Verbrennungsgas ausgesetzt sind. In Fig. k ist ein bifunktioneller Meßwertfühler ia Längsschnitt dargestellt und Fig. 5 zeigt einen um 90 versetzten Längsschnitt durch den Meßwertfühler nach Fig. k. Die Fig. 6 zeigt Einzelteile und die Fig. 7 die Sondenkennlinie des Meßwertfühlers nach den Figuren h und 5.Sin embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. 1 shows a schematic representation of a gas-heated water heater operating according to the continuous flow principle with a control device for the water outlet temperature, FIG. 2 shows a block diagram of the sail device of the water heater according to FIG both electrodes are exposed to the combustion gas. In FIG. K , a bifunctional measuring sensor is shown in general longitudinal section and FIG. 5 shows a longitudinal section offset by 90 through the measuring sensor according to FIG. K. FIG. 6 shows individual parts and FIG. 7 shows the probe characteristic of the measurement sensor according to FIGS . H and 5.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

Der Wassererhitzer nach Fig. 1 hat einen Gasbrenner 10, welchem der Brennstoff über eine Leitung 12 und ein stetig regelndes Magnetventil il· zugeführt wird. Über dem Gasbrenner 10 ist ein Verbrennungsschacht 16 angeordnet, in welchem oben ein Wärmeübertrager ]8 sitzt. Dieser ist als Lamellenblock ausgebildet, welcher von einer Rohrschlange durchsetzt ist, die das zu erwärmende Wasser führt. Die Rohrschlange 20 ist mit einer Leitung 22 verbunden, welche in mehreren Windungen um den Verbrennungsschacht 16 herumgeführt ist und in ein Zapfventil 2k mündet, an welchem das erhitzte Wasser entnommen werden kann. Über dem Wärmeübertrager 18 ist eine kastenförmige Abgassammeihaube 26 angeordnet, an deren oberer Stirnwand ein Gebläse 28 befestigt ist. Dieses hat eine zentrale Ansaugöffnung, die mit einer Austrittsöffnung in der oberen Stirnwand der Saamelhaube korrespondiert, und einen tangentialen Ausblasstutzen 30, der bei angebautem Gerät durch die Wand des Raumes ins Freie führt.The water heater according to FIG. 1 has a gas burner 10, to which the fuel is fed via a line 12 and a continuously regulating solenoid valve 11. A combustion shaft 16 is arranged above the gas burner 10, in which a heat exchanger 8 is seated at the top. This is designed as a lamellar block, which is penetrated by a pipe coil that carries the water to be heated. The pipe coil 20 is connected to a line 22 which is routed in several turns around the combustion shaft 16 and opens into a nozzle 2k , from which the heated water can be drawn off. A box-shaped exhaust gas collecting hood 26 is arranged above the heat exchanger 18, and a fan 28 is attached to the upper end wall thereof. This has a central suction opening, which corresponds to an outlet opening in the upper end wall of the Saamelhaube, and a tangential exhaust nozzle 30, which leads through the wall of the room into the open when the device is attached.

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

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Der Wassererhitzer ist mit einer stetig wirkenden Kegeleinrichtung versehen, die aus zwei selbständigen Regelkreisen 31 und 32 besteht. Die Regelgröße des Regelkreises 31 ist die Zapfwassertemperatur χ , die ein Wärmefühler am Wasserauslauf erfaßt und die ein elektronischer Regler 3*+ einem vorgegebenen Sollwert W₁ angleicht. Der Regler 2^ berücksichtigt dabei als Störgröße ζ „ die Größe des Zapfwasserstroms, die ein Geschwindigkeitsmesser 36 erfaßt. Das Stellglied des Regelkreises 31 ist das Magnetventil 1U, über welches der Regler 3^ den Wassererhitzer ein- und auszuschalten und die Leistung des Gasbrenners 10 bis auf einen bei ca. 50 % seiner Nennleistung liegenden Wert herunter zudrosseln vermag.The water heater is provided with a continuously acting cone device, which consists of two independent control loops 31 and 32. The controlled variable of the control circuit 31 is the tap water temperature χ, which is detected by a heat sensor at the water outlet and which an electronic controller 3 * + adjusts to a predetermined setpoint W ₁ . The controller 2 ^ takes into account the size of the tap water flow, which a speedometer 36 detects, as a disturbance variable. The actuator of the control circuit 31 is the solenoid valve 1U, via which the controller 3 ^ is able to switch the water heater on and off and to throttle the output of the gas burner 10 down to a value lying at approx. 50% of its nominal output.

Die Regelgröße χ des Regelkreises 32 ist die Luftüberschußzahl Ol > mit welcher die Verbrennung abläuft, und für die der Sauerstoffgehalt in den Verbrennungsgasen ein kennzeichnendes Merkmal ist. Die Luftüberschußzahl ίλ wird von einem Sauerstoffsensor 38 erfaßt und an einen elektronischen Regler kO gemeldet, welcher die Regelgröße x_? mit einem vorgegebenen Sollwert w_p vergleicht. Das Stellglied des Regelkreises 32 ist das Gebläse 28, das zum Antrieb einen Spaltpolmotor hat, dessen Drehzahl durch Phasenanschnittsteuerung stufenlos einstellbar ist. Der Regler kO bildet aus x_ und w„ die Stellgröße y_g, welche die Mittel zur Phasenanschnittsteuerung entsprechend verstellt. Der Sauerst.offsensor 38 ist erfindungsgemäß ein polarographischer Feststoff-Meßwertfühler, der mit einer speziellen Diffusionsbarriere und einer auf ca. 600° C eingestellten Eigenheizung versehen ist. Die Sonde ist in Fig. U dargestellt und wird später im noch im einzelnen beschrieben.The controlled variable χ of the control circuit 32 is the excess air ratio O1> with which the combustion takes place and for which the oxygen content in the combustion gases is a characteristic feature. The excess air ratio ίλ is detected by an oxygen sensor 38 and reported to an electronic controller kO , which the controlled variable x _? compares with a predetermined setpoint w _p. The actuator of the control circuit 32 is the fan 28, which is driven by a shaded-pole motor, the speed of which is continuously adjustable by phase control. The controller kO forms the manipulated variable y _g from x_ and w ", which adjusts the means for phase control accordingly. According to the invention, the oxygen sensor 38 is a polarographic solid-state measurement value sensor which is provided with a special diffusion barrier and a self-heating system set to approx. 600 ° C. The probe is shown in Fig. U and will be described in detail later.

Die beiden Regelkreise 31 und 32 arbeiten unabhängig voneinander, wodurch eine Koppelung der beiden Stellglieder 1h und 28 entfällt. Jedoch ist zusätzlich eine Steuereinrichtung U2 (Fig. 2) vorgesehen, die bei einer plötzlichen Vergrößerung des Wärmebedarfsignals um einen vorgegebenen Schwellwert den Regelkreis 32 für die Luftüberschußzahl vorübergehend unwirksam macht und das Gebläse 28 auf volle Drehzahl'The two control circuits 31 and 32 operate independently of each other, whereby a coupling of the two actuators 1 h and 28 is omitted. However, a control device U2 (Fig. 2) is also provided which, if the heat demand signal suddenly increases by a predetermined threshold value, makes the control circuit 32 for the excess air figure temporarily ineffective and sets the fan 28 to full speed '

■ Λθ- ■ Λθ-

schaltet, um einen Luftmangel bzw. eine Überfettung des Brennstoff-Luftgemisches zu vermeiden. Zu diesen Mangel könnte es anderenfalls wegen der unvermeidlichen Ansprechverzögerung des Regelkreises 32 gegenüber dem Regelkreis 31 kommen, welche zeitlich der Signaldurchlaufzeit durchdas Gerät entspricht. Die einzelnen Schaltelemente der Steuereinrichtung ^2 sind beispielsweise in den Regler 3^ integriert und über eine Steuerleitung kk (Fig. T) mit dem Regelkreis 32 verbunden."Beide Regler 3^ und Uo und die Steuereinrichtung k2 könnten auch zu einer Baueinheit zusammengefaßt und in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein. Die Wirkungsweise der Steuereinrichtung h-2 ist nachstehend anhand des Blockschaltbildes nach Fig. 2 beschrieben,switches to avoid a lack of air or an excessively rich fuel-air mixture. This deficiency could otherwise occur because of the unavoidable response delay of the control loop 32 compared to the control loop 31, which corresponds in time to the signal transit time through the device. The individual switching elements of the control device ^ 2 for example, are integrated into the regulator 3 ^ and via a control line kk (Fig. T) connected to the control circuit 32 ". Both control 3 ^ and Uo and the control device k2 might also be combined to form a structural unit and in The mode of operation of the control device h-2 is described below with reference to the block diagram of FIG.

Der Regelkreis 32 stellt in dem vorderen Bereich die Verbrennungsluftmenge über den Regler Ho und das Gebläse 28. Am Summenpunkt 10, der mit dem Gasbrenner 10 identisch ist, wird der Gasstrom von oben zugegeben. Das Gemisch verbrennt im Verbrennungsschacht 16 und erscheint nach einer Laufzeit in der Strömungssicherung 26, wo es über den Sauerstoffsensor 38 gegengekoppelt wird. Die Steuereinrichtung U2 erfaßt die Änderung des Stellsignals y. des Reglers 3^ und gewichtet es differenzierend im Differenzierglied ^2.1. Übersteigt die Änderung des Stellsignals y.. nach Größe und Geschwindigkeit einen vorgegebenen Schwellwert, so spricht ein asymetrisches Zweipunktglied i+2.2 an, welches über ein nachgebendes Glied U2.3 das Gebläse 28 ansteuert.The control circuit 32 sets the amount of combustion air in the front area via the controller Ho and the fan 28. At the sum point 10, which is identical to the gas burner 10, the gas flow is added from above. The mixture burns in the combustion shaft 16 and appears after a running time in the flow safety device 26, where it is fed back via the oxygen sensor 38. The control device U2 detects the change in the control signal y. of the controller 3 ^ and weights it differentiating in the differentiator ^ 2.1. If the change in the control signal exceeds y .. in terms of size and Speed a predetermined threshold, so speaks an asymmetrical two-point link i + 2.2, which has a yielding member U2.3 controls the fan 28.

Anstelle des nachgebenden Gliedes U2.3 kann auch ein Zeitglied in die Steuereinrichtung eingefügt sein, welches das Drehzahl-Stellsignal y₂ für die Dauer der Signaltransportzeit im Verbrennungsschacht 16 auf den vom Zweipunktglied U-2.2 gestellten Wert hält und danach integrierend oder nachgebend abfällt. In beiden Fällen wird das Gebläse 28 auf volle Drehzahl gestellt, so daß der Regler I4-O immer aus dem mageren Bereich heraus zu arbeiten beginnt und die Bildung von schädlichen Bestandteilen im Abgas mit Sicherheit vermieden wird.Instead of the yielding element U2.3, a timing element can also be inserted into the control device, which keeps the speed control signal y ₂ for the duration of the signal transport time in the combustion shaft 16 at the value set by the two-point element U-2.2 and then drops integrating or yielding. In both cases, the fan 28 is set to full speed so that the controller I4-O always begins to work from the lean range and the formation of harmful components in the exhaust gas is reliably avoided.

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

Der polarographische Pest stoff-Meßwertfühler 38 kann eine Grenzstromsonde sein, deren eine Elektrode dem Verbrennungsgas und deren andere Elektrode der Uragecungsluft ausgesetzt ist. In diesem Fall ist das Sondensignal eindeutig, weil jedem Wert des Signals nur ein einziger X -Wert zugeordnet ist. Wenn eine solche Sonde als aktives Element einer Sicherheitseinrichtung dient, welche das Gerät abschaltet, wenn der Λ -Wert einen vorgegebenen unteren Grenzwert, z. B. 1,25» unterschreitet, genügt es, wenn die Sicherheitseinrichtung auf das diesem Itfindestwert von >A.· entsprechende Sondensignal reagiert.The polarographic Pest material measuring sensor 38 can be a limit current probe, one electrode of which is exposed to the combustion gas and the other electrode of the Uragecungsluft. In this case, the probe signal is unique because only a single X value is assigned to each value of the signal. If such a probe serves as an active element of a safety device, which switches off the device when the Λ value exceeds a predetermined lower limit value, e.g. B. falls below 1.25 », it is sufficient if the safety device reacts to the probe signal corresponding to this itfind test value of> A. ·.

Ein einfacherer Aufbau eines polarographischen Meßwertfühlers und günstigere Einbauverhältnisse ergeben sich, wenn beide Elektroden der Sonde Meßgasreferenz haben, d. h., dem Verbrennungsgas ausgesetzt sind. In diesem Fall ist jedoch die Sondenkennlinie nicht mehr eindeutig, wie Fig. 3 anschaulich zeigt. Das Sondensignal S nimmt zunächst mit kleiner werdendem λ ab und erreicht beitX= den Wert 0. Bei weiterer Abnahme von CL steigt das Sondensignal S jedoch wieder steil an in einem Bereich, der oberhalb des kleinsten Sondensignals S . liegt, welches dem kleinsten zulässigen Wert \\ ■ entspricht. Wenn eineA simpler construction of a polarographic measuring sensor and more favorable installation conditions result when both electrodes of the probe have measuring gas reference, ie are exposed to the combustion gas. In this case, however, the characteristic curve of the probe is no longer unambiguous, as FIG. 3 clearly shows. The probe signal S initially decreases with decreasing λ and reaches the value 0 at X =. However, with a further decrease in CL, the probe signal S rises again steeply in a range that is above the smallest probe signal S. which corresponds to the smallest permissible value \\ ■. When a

mmmm

solche Grenzstromsonde zur Sicherheitsabschaltung des Gerätes bei Abfall des Λ -Wertes herangezogen wird, läßt sich theoretisch ein Fall konstruieren, bei welchem die Sonde und der von ihr gesteuerte Regler falsch reagieren. Dieser Fall würde dann eintreten, wenn eine Unregelmäßigkeit am Gerät oder im Abzug des Verbrennungsgases zu einem raschen Abfall des X-Wertes der Verbrennung führen, die Sonde jedoch während dieser kurzen Zeit nicht oder nicht rasch genug ansprechen würde. Das Sondensignal würde danach in den unterhalb von ίλ- - 1 liegenden Bereich geraten, in welchem die Sonde dem Regler fälschlicherweise einen großen <A -Wert signalisieren würde. Der Regler würde daraufhin das Brennstoff-Luft-Gemisch weiter anfetten, was wiederum ein weiteres Ansteigen des Sondensignals und noch stärkeres Drosseln der Verbrennungsluftzufuhr zur Folge hätte.If such a limit current probe is used for the safety shutdown of the device in the event of a drop in the Λ value, a case can theoretically be constructed in which the probe and the controller it controls react incorrectly. This case would occur if an irregularity in the device or in the exhaust of the combustion gas lead to a rapid decrease in the X-value of the combustion, but the probe would not respond or not respond quickly enough during this short time. The probe signal would then get into the range below ίλ- - 1, in which the probe would incorrectly signal a large <A value to the controller. The controller would then further enrich the fuel-air mixture, which in turn would result in a further increase in the probe signal and an even greater throttling of the combustion air supply.

■ η-■ η-

Um ein solches Abwürgen der Verbrennung aussiischlieSen, wird vorgeschlagen, daß die Sicherheitseinrichtung auch auf ein vorgegebenes oberes Grenzwert s ignal S ^_ des Me.'i-To rule out such a stalling of the combustion, it is suggested that the safety device also to a specified upper limit value s ignal S ^ _ of the Me.'i-

Hi 3» .λ. .Hi 3 ».λ. .

wertfühlers reagiert, welches so gewählt ist,, daß der Λ -Wert auch in dem geschilderten Ausnahmefall nicht wesentlich unter 1 fallen kann. Der obere Grenzwert Svalue sensor reacts, which is chosen so that the Λ -value is not essential even in the described exceptional case can fall under 1. The upper limit S

für das Sondensignal kann z. B. einem Sauerstoffgehalt zugeordnet sein, welcher j'enein von Luft entspricht. In diesem Fall signalisiert die Sonde auch, daß die Brennstoffzufuhr ausgefallen ist, was ebenfalls eine Sicherheit sabschaltung des Gerätes rechtfertigt.for the probe signal can, for. B. an oxygen content be assigned which corresponds to j'enein von Luft. In In this case, the probe also signals that the fuel supply has failed, which also justifies a safety shutdown of the device.

Eine Möglichkeit, die Zweideutigkeit des Sondensignals eines polarographischen Fest stoff-Meßwertfühlers mit Meßgasreferenz beider Elektroden überhaupt zu vermeiden, besteht darin, den Fühler als bifunktionelle Meßsonde gemäß den Figuren h bis 6 auszubilden. Diese Sonde ist mit zwei gleichartigen Sensorelementen 50 versehen, von denen ein jedes ein sauer stoffionenleitendes Plättchen aus Keramik als tragenden Grundkörper hat. Auf der einen Stirnseite der Plättchen 51 sind meßgas seitig. z'wei Meßelektroden 52 und 53 (Fig. 5) aufgedruckt oder aufgedampft, von denen Leiterbahnen 5^ bzw. 55 zum kontaktseitigen Ende 56 der Plättchen 51 gelangen. Die Leiterbahnen 5^ und können ebenfalls aufgedruckt oder aufgedampft sein. Die Meßelektroden 52 und 53 sind mit einer als Diffusionsbarriere wirkenden Schicht 58, z. B. einer Spinellschicht, überzogen. Auf der anderen Stirnseite der Plättchen 51 ist unter Zwischenschaltung einer Isolierschicht ein Heizleiter in Form eines dünnwandigen metallischen Bleches 60 befestigt, der ebenfalls mit zwei zum kontaktseitigen Ende der Plättchen 51 führenden Leiterbahnen 61 und 62 versehen ist. Die Heizung ist so ausgelegt, daß sie die meßgasseitigen Enden der Sen soreleraente 50 auf ca. 600 C erwärmt.One way to the ambiguity of the probe signal fabric Meßwertfühlers Meßgasreferenz with both electrodes at all to avoid a polarographic hard, is to form the sensor as bifunctional measuring probe according to the figures h. 6 This probe is provided with two sensor elements 50 of the same type, each of which has a ceramic plate which conducts oxygen ions as a supporting body. On one end of the plate 51 are measuring gas side. two measuring electrodes 52 and 53 (FIG. 5) printed or vapor-deposited, from which conductor tracks 5 ^ or 55 reach the end 56 of the plate 51 on the contact side. The conductor tracks 5 ^ and can also be printed or vapor-deposited. The measuring electrodes 52 and 53 are provided with a layer 58 acting as a diffusion barrier, e.g. B. a spinel layer coated. A heating conductor in the form of a thin-walled metal sheet 60, which is also provided with two conductor tracks 61 and 62 leading to the end of the platelets 51 on the contact side, is attached to the other end face of the platelets 51, with an insulating layer interposed. The heater is designed so that it heats the measuring gas side ends of the Sen soreleraente 50 to approx.

Die Sensorelemente 50 sind in einem "Iehau se i>U angeordnet, das iiiußgai.". seit ig einen Schraub stut: en C^c. zum Befestiger, in einem Wanddurchbruch der Sammelhaube 26 (Fig. 1) hat.The sensor elements 50 are arranged in a "Iehau se i> U, the iiiußgai." A screw stud on the side: C ^c . for fastener, in a wall opening of the collecting hood 26 (Fig. 1).

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

037335 6037335 6

Zur Halterung der Sensorelemente 50 im Gehäuse 6U dient ein Kum-'tst of fkörper 66, der in ·λβ.ζ Π oh rinne 6!: ein- und £ 1 ei chse itig um die kontakt .;. e it i _c*on Eiidon ^c-b der Sensorel erneute IO herumgespritzt ist. Zwischen dem Kunststoffkörper 66 und Vorsprüngen 68 im Gehäuse 6k liegt ein Keramikkörper 69 fest, der als Wärmeschutz für den ?Cunststoffkörper 66 dient. Zwischen Gehäuse 6k und SchrauDHtutzen 65 ist der-Flansch eines Schutzmantels TO eingespannt, der die meßgasseitigen Enden der Sensorelenente 50 mit Abstand umgibt und in seinem Boden ein Loch 71 zum Durchtritt des Verbrennungsgases hat.To hold the sensor elements 50 in the housing 6U is a cum-'tst of fbody 66, which is in · λβ.ζ Π oh groove 6 !: one and £ 1 one axis itig around the contact.;. e it i _c * ^c-b Eiidon on the Sensorel new IO is splashed. A ceramic body 69, which serves as thermal protection for the plastic body 66, is fixed between the plastic body 66 and projections 68 in the housing 6k. The flange of a protective jacket TO is clamped between the housing 6k and the screw connector 65, which surrounds the ends of the sensor elements 50 on the measuring gas side at a distance and has a hole 71 in its bottom for the combustion gas to pass through.

Das eine der beiden Sensor elemente 50 arbeitet als A=1-Sonde und das andere Sensorelement 50 wird als Grenzstromsonde betrieben. Die Mittel zum Anlegen der äußeren Spannung an die Elektroden des als Grenzstromsonde betriebenen Elementes und der Abgriff der <Λ =1 -Sonden spannung sind in einem nicht dargestellten Anschlußteil vorgesehen, welches auf die kontakt seit igen Enden 56 der Elemente 50 aufsteckbar ist. Die Λ=1-Sonde wird als Schalter benüzt, der. beim Auftreten der positiven Fettspannung, was durch einen Komparator geschieht, das Ausgangssignal der Grenzstromsonde invertiert. Durch diese bifunktionelle Ausbildung des Meßwertfühlers ergibt sich sie Sondenkennlinie nach Fig. 7_S die weiter nach abwärts tendiert, wenn \\ den Wert 1 unterschreitet, und daher eindeutig ist.One of the two sensor elements 50 works as an A = 1 probe and the other sensor element 50 is operated as a limit current probe. The means for applying the external voltage to the electrodes of the element operated as a limit current probe and the tap of the <Λ = 1 probe voltage are provided in a connector, not shown, which can be plugged onto the contact ends 56 of the elements 50. The Λ = 1 probe is used as a switch, the. when the positive fat voltage occurs, which is done by a comparator, the output signal of the limit current probe is inverted. By this formation of the bifunctional Meßwertfühlers be they the sensor characteristic curve 7 _S obtained according to FIG. Which further tends downward when \\ below the value 1, and is therefore unique.

BADORtQWALBADORtQWAL

Claims

3C37935

R. 55 / οR. 55 / ο

September 16, 1980 Ki / Kn

ROBEET BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Expectations

(i J gas or oil heated, especially according to the continuous flow principle working water heater, with one burner, one the combustion gas flows through or around the heat exchanger and one downstream of the heat exchanger in the flow path of the Combustion gas arranged oxygen sensor, which has a regulating effect on an actuator in the sense of maintaining a constant or guiding the excess air ratio of the combustion, characterized in that the oxygen sensor (38) arranged downstream of the heat exchanger (18) is a known per se polarographic pesticide probe.

2. Water heater according to claim 1, characterized in that that the solids sensor (38) with a diffusion barrier (58) and a self-heating (6θ) set to at least 550 ° C., preferably 600 ° C.

: ·: Ι 2_l - ■. 0 0/0

3. Water heater according to claim 2, characterized in that the measured value sensor (38) is the active element.einer security s circuit forms, which the fuel supply to Burner of the device cuts out when the oxygen level of the combustion gas and thus the probe signal exceeds or falls below specified limit values.

k. Water heater according to Claim 3, with a polarographic measurement sensor with measurement gas reference for both electrodes, characterized in that the safety circuit also responds when the probe signal reaches a value which is assigned to an X value corresponding to the oxygen content of the air.

5. Water heater according to claim 3, characterized in that that the measured value sensor (38) as a double sensor with "a limit current probe and a »Λ = 1 probe is formed, the electrodes of which (52, 53) are arranged to one another and / or electrically connected to one another in such a way that the resulting The output signal of the measuring sensor (38) is inverted when the ^> = 1 probe is below Λ. = 1 jumped to high voltage is.

6. Water heater according to one of the preceding claims, with a temperature sensor acting on the fuel supply, in particular for the flow and return temperature of the device, characterized in that two are independent of one another working control loops (31, 32) are provided,

ORIGINAL INSPECTED

3037335

One of which is a heat sensor '33) ".Is the actual value meter for the temperature to be regulated and the other the measuring sensor (38) as the IEt value transmitter for the excess air factor
and that a control device (k2) which is influenced by the heat demand ε signal is provided for an actuator (28) which influences the excess air number and which is independent of the signal from the sensor (38) and in terms of time
limits the excess air figure above a predetermined one
Holds the minimum value when the heat demand signal changes at least by a predetermined value and / or at a predetermined speed.