DE3037936A1

DE3037936A1 - TEMPERATURE CONTROL DEVICE FOR GAS OR OIL HEATED WATER HEATERS

Info

Publication number: DE3037936A1
Application number: DE19803037936
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Dipl.-Ing. 7122 Besigheim Grob; Klaus Dr. 7146 Tamm Müller; 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: 1982-05-27
Also published as: FR2491589A1; FR2491589B1; DE3037936C2; PT73663B; PT73663A; YU213581A; JPS5790541A

Description

η. 6577η. 6577

Ki/Kn 15.9.19.80Ki / Kn 9/15/1980

Robert Bosqh GmbH, 7000 StuttgartRobert Bosqh GmbH, 7000 Stuttgart

Temperatur-Regeleinrichtung für gas- oder ölbeheizte Was sererhitzer Temperature control device for gas or oil-heated water heaters

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bekannte Einrichtung dieser Gattung (DE-OS'n 28 27 771 und 27 18 520) arbeiten nach dem sogenannten Verbundprinzip, bei welchem die beiden Stellglieder funktionell miteinander gekoppelt sind und der Sauerstoffsensor 'addierend auf das ihm zugeordnete Stellglied einwirkt. Bei'einer Änderung des Wärmebedarfs werden beide Stellglieder gemeinsam und gleichzeitig verstellt, wobei sowohl die Brennstoffmenge als auch die Verbrennungsluftmenge dem neuen.Wärmebedarf angepaßt werden. Der Sauerstoff sensor hat hier Überwachungsfunktion und die Aufgabe, durch zusätzlichen Regeleingriff korrigierend in die Luftmengensteuerung einzugreifen und dadurch die Luftüberschußzahl konstant zu halten bzw. nach einer vorgegebenen Gesetzmäßigkeit zu führen. Bei der Einrichtung nach der DE-OS 28 27 771 sind die Stellglieder mechanisch miteinander verbunden und auch der Sauerstoffsensor wirkt über ein mechanisches Korrekturgestänge auf das ihm zugeordnete Stellglied ein. Diese Ausbildung der Regeleinrichtung ist verhältnismäßig aufwendig und auch insofern nachteilig, als die an das Korrekturgestänge gegebenen Wegsignale des SauerstoffsensorsThe invention is based on a device according to the preamble of the main claim. Known establishment of this Genus (DE-OS'n 28 27 771 and 27 18 520) work on the so-called composite principle, in which the two Actuators are functionally coupled to one another and the oxygen sensor 'adding to the one assigned to it Actuator acts. When there is a change in the heat demand, both actuators are activated together and at the same time adjusted, both the amount of fuel and the Combustion air volume adapted to the new heat requirement will. The oxygen sensor has a monitoring function here and the task of correcting the air volume control through additional control intervention and thereby to keep the excess air ratio constant or to guide it according to a predetermined law. at the device according to DE-OS 28 27 771, the actuators are mechanically connected to each other and also the The oxygen sensor acts on the actuator assigned to it via a mechanical correction linkage. These Training the control device is relatively expensive and also disadvantageous insofar as the Correction linkage given path signals of the oxygen sensor

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nicht ohne weiteren Aufwand für andere Zwecke nutzbar gemacht werden können. Bei der Einrichtung nach der . DE-OS 27 18 520 ist zur Koppelung der Stellglieder ein Potentiometer vorgesehen, dessen verstellbarer Abgriff mit dem einen Stellglied mechanisch verbunden ist und' dessen elektrische Anschlüsse mit Steuermitteln für das andere Stellglied verbunden sind, welche auch das Signal eines. Sauerstoff sensors verarbeiten. Bei der Verbundregelung ist ferner allgemein sorgfältig darauf zu achten, daß die Mittel zum Koppeln der Stellglieder richtig einges'tellt sind und die Einstellung sich im Lauf der Zeit nicht verändert. Wenn dies der Fall wäre, müßte der Sauerstoffregier bei jeder Wärmebedarfsänderung größere Korrekturen vornehmen, wobei es wegen der nicht vermeidbaren Ansprechverzögerung des Sauerstoffsensors vorübergehend, auch zu unerwünschten Anreicherungen der Verbrennungsgase mit Kohlenoxid kommen könnte. Ferner haben die Verbundregelungen der genannten Art den Nachteil, daß für die Korrektur der Luftüberschußzahl Sauerstoffsensoren mit sogenanntem Allpaßverhalten nicht geeignet sind, wie es bestimmten Ausführungen von Grenzstromsonden zu eigen ist.cannot be used for other purposes without further effort can be made. When setting up according to the. DE-OS 27 18 520 is for coupling the actuators Potentiometer is provided, the adjustable tap of which is mechanically connected to the one actuator and ' whose electrical connections are connected to control means for the other actuator, which is also the signal one. Process oxygen sensors. In the case of compound control, care must also generally be taken to ensure that that the means for coupling the actuators are properly adjusted and that the adjustment changes over time not changed. If this were the case, the oxygen reliever would have to make major corrections with every change in heat demand make it temporary, too, because of the unavoidable response delay of the oxygen sensor to undesired accumulation of the combustion gases Carbon oxide could come. Furthermore, the network regulations of the type mentioned have the disadvantage that for the correction the excess air number oxygen sensors with so-called All-pass behavior is not suitable, as is the case with certain versions of limit current probes.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden - ·The device according to the invention with the characteristic - ·

Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ein ständig wirksames Koppelungselement zwischen den beiden Stellgliedern entfällt und daß sie sich mit erprobten elektronischen Bauelementen preiswert realisieren läßt. Zur Regelung der Luftüberschußzahl lassen sich ohne zusätzliche Maßnahmen auch Sauerstoffsensoren mit Allpaßverhalten verwenden, und die bei einer Wärmebedarf sänderung in Wirkung tretende Steuereinrichtung kann so ausgelegt sein, daß das Gerät jeweils zeitlich begrenzt mit erhöhter Luftüberschußzahl arbeitet und der Regelkreis für diese 4ann jeweils aus einem zu mageren Gemisch heraus regelnd eingreift. Dadurch läßt sich mitFeatures of the main claim has the advantage that a constantly effective coupling element between the two actuators are omitted and that they can be implemented inexpensively with tried and tested electronic components leaves. Oxygen sensors can also be used to regulate the excess air ratio without additional measures with all-pass behavior, and the control device that comes into effect when there is a change in heat demand can be designed so that the device works for a limited time with an increased excess air ratio and the The control circuit for this 4ann intervenes in a regulating manner from a mixture that is too lean. This can be used with

Sicherheit auch nach längerer Betriebszeit das Entstehen von schädlichen Verbrennungsgasanteilen bei plötzlichen Wärmebedarfsänderungen vermeiden₅ ohne daß sich dies ungünstig auf den Gesamtwirkungsgrad des Gerätes auswirkt.Safety, even after long periods of operation, avoid the occurrence of harmful combustion gas components in the event of sudden changes in heat demand ₅ without this having an adverse effect on the overall efficiency of the device.

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

Als Sauer stoffsensor kann vorteilhaft eine Grenzstromsonde mit Diffusionsbarriere und Eigenheizung verwendet werden, welche unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsgase und deren Temperatur ein dem Sauerstoffgehalt der Verbrennungsgase proportionales Signal liefert. Das Signal des Sauerstoffsensors kann zweckmäßig auch dazu dienen, das Gerät abzuschalten, wenn der Sauerstoffgehalt' in den Verbrennungsgasen vorgegebene Grenzwerte unter- oder überschreitet. Auf diese Weise läßt sich eine Störabschaltung des Gerätes ohne einen zusätzlichen Meßfühler erreichen."A limit current probe can advantageously be used as the oxygen sensor with diffusion barrier and self-heating can be used, which are independent of the flow velocity of the combustion gases and their temperature is proportional to the oxygen content of the combustion gases Signal delivers. The signal from the oxygen sensor can also be used to switch off the device, when the oxygen content in the combustion gases is given Under or over limit values. In this way, a fault shutdown of the device can be avoided reach an additional probe. "

Ein einfacher Aufbau ergibt sich, wenn der Steuereinrichtung und dem Sauerstoffsensor ein gemeinsames Stellglied zugeordnet ist. Die Steuereinrichtung kann so ausgebildet sein, daß sie nur dann auf dieses Stellglied zeitlich begrenzt einwirkt, wenn sich der Wärmebedarf so ändert, daß sich bei verspätetem Ansprechen des Sauerstoffsensors ein zu geringer Wert der Luftüberschußzahl ergeben würde. Die ist z. B. dann der Fall, wenn der Sauerstoffsensor wie üblich auf das Stellglied für die Verbrennungsluftmenge einwirkt und sich der Wärmebedarf sprunghaft erhöht.A simple structure results when the control device and a common actuator is assigned to the oxygen sensor. The control device can be designed in such a way that it only acts for a limited time on this actuator when there is a need for heat changes so that if the oxygen sensor responds too late, the excess air value is too low would result. This is z. B. the case when the oxygen sensor as usual on the actuator acts on the amount of combustion air and the heat demand increases by leaps and bounds.

Bei Verwendung eines Sauerstoffsensors mit normalem verzögertem Ansprechverhalten können die die Regelung der''Verbrennungsluftmenge vorübergehend unwirksam machenden Stellsignale der Steuereinrichtung vorzugweise eineWhen using an oxygen sensor with normal Delayed response behavior can temporarily make the regulation of the combustion air volume ineffective Control signals of the control device preferably one

nachgebend anfallende Charakteristik haben·. Bei Verwendung von Sauer stoffsensoren mit Allpaßverhalten, wie es die vorstehend bereits erwähnten Grenzstromsonden unter Umständen haben, ist es vorteilhaft, wenn die Stellsignale der Steuereinrichtung eine über die Dauer der Ansprechverzögerung des Sauer stoffsensors gleichbleibende Stärke haben.have yielding characteristics ·. Using of oxygen sensors with all-pass behavior, like it the limit current probes already mentioned above Circumstances, it is advantageous if the control signals of the control device have a duration of the response delay constant strength of the oxygen sensor to have.

Die Steuereinrichtung kann zweckmäßig so ausgebildet sein, daß ihr Stellglied bei einer Wärmebedarfsänderung in die der größten Verbrennungsluftmenge entsprechende Endstellung gebracht wird, so daß der den Sauerstoffsensor enthaltende Regelkreis jeweils aus einem zu mageren Gemisch heraus den Sollwert der Luftüberschußzahl einregelt.The control device can expediently be designed so that its actuator in the event of a heat demand change the largest amount of combustion air corresponding end position is brought, so that the containing the oxygen sensor The control circuit regulates the setpoint of the excess air number from a mixture that is too lean.

Bei Wassererhitzern, die einen Außen.wandanschluß und ein Gebläse haben, kann das vom Sauerstoffsensor beeinflußte Stellglied vorteilhaft das Gebläse und die Stellgröße die Drehzahl des Gebläses sein, Zum Antrieb des Gebläses kann zweckmäßig ein Spaltpolmotor dienen, dessen Drehzahl durch Phasenanschnittsteuerung stufenlos veränderbar ist.In the case of water heaters, the one outside wall connection and one Have blowers, the one influenced by the oxygen sensor The actuator is advantageously the fan and the manipulated variable is the speed of the fan, to drive the fan A shaded pole motor can be used, the speed of which can be continuously changed by phase control.

Zeichnungdrawing

.■<"·*·■ Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert,.Es zeigen Fig. J in schematischer Darstellung einen nach dem Durchlaufprinzip arbeitenden gasbeheizten Wassererhitzer mit einer Segeleinrichtung für die Wasser-Auslauftemperatur nach dem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 2 ein Blockschaltbild der Regeleinrichtung des Wassererhitzers nach Fig. "] und Fig. 3 schaubildlich das Ansprechverhalten von Sauerstoffsensoren verschiedener Art, In Fig. h ist ein Blockschaltbild einer Regeleinrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel und in den Fig. 5 A bis C iind Zeitabhängigkeiten und Kennlinien von Regelkreisgliedern der beiden Regeleinrichtungen dargestellt.. ■ <"· * · ■ Two exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description, FIG the first embodiment; FIG. 2 is a block diagram of the control system of the water heater of FIG. "] and Fig. 3 a schematic view of the response of oxygen sensors of various kinds, in Fig. is a block diagram of a control device according to the second embodiment and in FIGS h. 5 a to C iind time dependencies and characteristics of control loop elements of the two control devices are shown.

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Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

Der Wassererhitzer nach Fig. 1 hat einen Gasbrenner 10, welchem der Brennstoff über eine Leitung 12 und ein stetig regelndes Magnetventil 11* zugeführt wird. Über dem Gasbrenner 10 ist ein Verbrennungsschacht 16 angeordnet, in welchem ob'en ein Wärmeübertrager 18 sitzt. Dieser ist als Lamellenblock ausgebildet, welcher von einer Rohrschlange 20 durchsetzt ist, die das zu err wärmende 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 Sammelhaube 26 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 , in which a heat exchanger 18 is located above, is arranged above the gas burner 10. This is designed as a lamellar block, which is penetrated by a pipe coil 20, which 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 collecting hood 26, and a tangential exhaust connection 30, which leads through the wall of the room into the open when the device is attached.

Der Wassererhitzer ist mit einer stetig wirkenden Regeleinrichtung versehen, die aus zwei selbständigen Regelkreisen 31 und 32 besteht. Die Regelgröße des Regelkreises 31 ist die Zapfwassertemperatur χ , die ein Wärmefühler 33 am,Wasserauslauf erfaßt und die ein elektronischer Regler 3^ einem vorgegebenen Sollwert w angleicht. Der Regler 3^ berücksichtigt dabei als •Störgröße ζ die Größe des Zapfwasserstroms, die ein Geschwindigkeitsmesser 36 erfaßt. Das Stellglied des Regelkreises 31 ist das Magnetventil lh, über welches der Regler 3^ den Wasserserhitzer ein- und auszuschalten und die Leistung des Gasbrenners 10 bis auf einen bei ca. 50 % seiner Kennleistung liegenden Wert herunter zudrosseln vermag.The water heater is provided with a continuously acting control 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 a heat sensor 33 detects on the water outlet and which an electronic controller 3 ^ adjusts a predetermined setpoint w. The controller 3 ^ takes into account the size of the tap water flow, which is recorded by a speedometer 36, as a disturbance variable. The actuator of the control circuit 31 is the solenoid valve lh, 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 characteristic output.

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~ M- ~ M-

Die Regelgröße χ des Regelkreises 32 ist die Luftüberschußzahl .„"- , mit welcher die Verbrennung abläuft , und für die der Sauerstoffgehalt in den Verbrennungsgasen ein kennzeichnenden Merkmal ist. Die Luftüberschußzahl ._'. wird von einem Sauerstoff sensor 38 erfaßt und an einen elektronischen Regler kO gemeldet, welcher,die Regelgröße"x₂ mit einem vorgegebenen Sollwert w -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 kö bildet aus x_o und w_o die Stellgröße y_o, welche die Mittel zur Phasenanschnittsteuerung entsprechend verstellt. Der Sauerstoffsensor 38 ist erfindungsgemäß eine Grenzstromsonde, die mit einer speziellen Diffusionsbarriere und einer auf ca. 600 C eingestellten Eigenheizüng versehen ist.The controlled variable χ of the control circuit 32 is the excess air number. "" -, with which the combustion takes place, and for which the oxygen content in the combustion gases is a characteristic feature. The excess air number ._ '. Is detected by an oxygen sensor 38 and sent to an electronic Controller kO reported, which, the controlled variable "x ₂ " compares with a specified setpoint w. The actuator of the control circuit 32 is the fan 28, which has a shaded pole motor for driving, the speed of which is continuously adjustable by phase control. The controller kö forms from x _o w _o and the manipulated variable y _o which adjusts the means for phase-gating control accordingly. According to the invention, the oxygen sensor 38 is a limiting current probe which is provided with a special diffusion barrier and a self-heating set to approx. 600.degree.

Die beiden Regelkreise 31 und 32 arbeiten unabhängig voneinander, wodurch eine Koppelung der beiden Stellglieder 1^ und 28 entfällt. Jedoch ist zusätzlich eine Steuereinrichtung k2 (Fig. 2) vorgesehen, die bei einer plötzlichen Vergrößerung des Wärmebedarfsignals um einen vorgegebenen Schwellwert den Regelkreis 52 für die Luftüberschußzahl vorübergehend unwirksam macht und das Gebläse 28 auf volle Drehzahl schaltet, um einen Luftmangel bzw. eine Überfettung des Brennstoff-Luftgemisches zu vermeiden. Zu diesem Mangel könnte es anderenfalls wegen der unvermeidlichen Ansprechverzögerung des Regelkreises 32 gegenüber "dem Regelkreis 31 kommen, welche zeitlich der Signaldurchlaufzeit durch das Gerät entspricht. Die einzelnen Schaltelemente der Steuereinrichtung h2 sind beispielsweise in den Regler 3^ integriert und über eine Steuerleitung kh (Fig. 1) mit dem Regelkreis ?■? verbunden. Beide Regler 3¹+ und kO und die Steuereinrichtung k2 könnten auch zu einerThe two control loops 31 and 32 work independently of one another, whereby a coupling of the two actuators 1 ^ and 28 is not necessary. However, a control device k2 (Fig. 2) is also provided, which in the event of a sudden increase in the heat demand signal by a predetermined threshold value makes the control circuit 52 for the excess air rate temporarily ineffective and the fan 28 switches to full speed to avoid a lack of air or overfilling of the Avoid fuel-air mixtures. To this deficiency could otherwise 32 with respect to "the control loop join 31, which the signal processing time corresponding to time by the device because of the inevitable delay of the control loop. The individual switching elements of the control device h2 are for example integrated in the regulator 3 ^ and via a control line kh (Fig . 1) Connected to the control loop "■" . Both controllers 3 ¹ + and kO and the control device k2 could also become one

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Baueinheit zusammengefaßt und in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein. Die Wirkungsweise der Steuereinrichtung 1*2 ist nachstehend anhand des Blockschaltbildes nach Fig. 2 beschrieben.Unit combined and in a common Housing be housed. The mode of operation of the control device 1 * 2 is shown below with the aid of the block diagram described according to FIG.

Der Regelkreis 32 stellt in dem vorderen Bereich die Verbrennungsluftmenge über den Regler 1*0 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 l6 und erscheint nach einer Laufzeit in der Sammelhaube 26, wo es über den Sauerstoffsensor 38 gegengekoppelt wird. Die Steuereinrichtung 1*2 erfaßt die Änderung des Stellsignals y des Reglers 3^ und gewichtet es differenzierend im Differenzierglied 1*2,1. Übersteigt die Änderung des Stellsignals y nach Größe und Geschwindigkeit einen vorgegebenen Schwellwert, so spricht ein assymetrisches Zweipunktglied 1+2.2 an, welches über ein nachgebendes Glied 1*2.3 das Gebläse 28 ansteuert.The control circuit 32 sets the amount of combustion air in the front area via the controller 1 * 0 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 collecting hood 26, where it is fed back via the oxygen sensor 38. The control device 1 * 2 detects the change in the control signal y of the controller 3 ^ and weighted it differentiating in the differentiating element 1 * 2.1. If the change in the control signal y in terms of size and speed exceeds a predetermined threshold value, an asymmetrical two-point element 1 + 2.2 responds, which controls the fan 28 via a yielding element 1 * 2.3.

Anstelle des nachgebenden Gliedes 1*2.3 kann auch ein Zeitglied in die Steuereinrichtung eingefügt sein, welches das Drehzahl-Stellsignal y_? für die Dauer der Signaltransportzeit im Verbrennungsschacht 16 auf den vom Zweipunktglied 1*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 1*0 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 1 * 2.3, a timing element can also be inserted into the control device, which controls the speed control signal y _? holds for the duration of the signal transport time in the combustion shaft 16 at the value set by the two-point link 1 * 2.2 and then drops integrating or yielding. In both cases, the fan 28 is set to full speed, so that the controller 1 * 0 always starts to work from the lean range and the formation of harmful components in the exhaust gas is avoided with certainty.

Die vorstehend beschriebene Anordnung eignet sich für Regelungen,· bei denen der verwendete Sauerstoff sensor ein.normales verzögertes Verhalten zeigt. In Fig. 3 ist dieses Verhalten schaubildlich dargestellt. Die obere Kennlinie A kennzeichnet die ursächliche, sprunghafteThe arrangement described above is suitable for controls in which the oxygen sensor used shows normal delayed behavior. This behavior is shown graphically in FIG. 3. The upper Characteristic curve A indicates the causal, erratic

»Κ «4»Κ« 4

Änderung der Luf tuberschufozahl -.ί , vährend die untere, voll ausgezogene Kennlinie.B die Sprungantwort des Sauerstoffsensors mit normal verzögertem Verhalten zeigt.Change in the number of air ductworkers -.ί, while the lower, fully drawn-out characteristic curve B shows the step response of the oxygen sensor with normally delayed behavior.

Es gibt aber auch Sauerstoff sensoren, insbesondere C-renzstromsonden mit speziell ausgeführten Diffusionsbarrieren, die ein, Allpaßver.hälten haben, welches in Fig. 3 durch die gestrichelte Kennlinie B¹ dargestellt ist. Derartige Sensoren reagieren zunächst in der falschen Richtung und verursachen dadurch unter Umständen kurzzeitige Fehleinstellungen im Regelkreis. Das kann dadurch vermieden werden, S^ daß das Signal des Sauer stoffsensors beim WirksamwerdenBut there are also oxygen sensors, in particular C-current probes with specially designed diffusion barriers, which have an all-pass behavior, which is shown in FIG. 3 by the dashed characteristic curve B ¹ . Such sensors initially react in the wrong direction and may cause brief incorrect settings in the control loop. This can be avoided by S ^ that the signal from the oxygen sensor takes effect

der Steuereinrichtung überhaupt weggeschaltet oder zumindest unwirksam gemacht wird.the control device is switched off at all or at least made ineffective.

In Fig. h ist eine Regeleinrichtung gezeigt, bei welcher ein Sauerstoffsensor 38" mit Allpaßverhalten verwendet ist, dessen. Signal beim Ansprechen der Steuereinrichtung kurz~ zeitig weggeschaltet wird. Zu diesem Zweck ist eine Steuereinrichtung 50 vorgesehen, welche wiederum ein differenzierendes Glied 50.3 und ein assymetrisches Zweipunktglied 50.2 hat. Der Signalursprung ist das Wärmeanforderungssignal, das im Regler 3^ in ein Stellsignal für das Magnetventil ]h umgewandelt wird. Der zeitliche Ver-'*°™*¹ lauf dieses Signals wird-im differenzierenden Glied 50,3·. H a regulating device is shown in Figure in which an oxygen sensor 38 "used with phase behavior, the. Signal is short ~ temporarily switched off in response to the control device. For this purpose, a control device 50 is provided, which, in turn, a differentiating member 50.3 and a dissymetric double-point member 50.2 has the signal source is the heat demand signal is converted] h in an actuating signal for the solenoid valve in the regulator 3 ^ the time Ver -.. '* ° ™ * ¹ run of this signal-is in the differentiating member 50.3 ·

bewertet. Ist die Änderung stärker, als die im nachfolgen-^ den Glied 50.2 eingezeichnete Totzone, so reagiert dieses nichtlineare Glied 50.2 mit einem Wert größer Null (bzw, logisch L) und schaltet damit ein Zeitglied 50.3 ein, welches den Einschalt zustand über den Zeitraum d hält und dadurch den Signalfluß im Regelkreis 32 über einen Ruheschalter 52 unterbricht. Es werden also jene Regelabweichungen weggeschaltet, die aufgrund einer kurzzeitigen Fehlanzeige durch den Sauerstoffsensor 38' zustande kommen würden.rated. Is the change stronger than that in the following- ^ dead zone drawn in the element 50.2, then this non-linear element 50.2 reacts with a value greater than zero (or logic L) and thus switches on a timer 50.3, which holds the switch-on state over the period d and as a result, the signal flow in the control circuit 32 is interrupted via an idle switch 52. So there will be those system deviations switched off, which is due to a brief false display by the oxygen sensor 38 ' would come.

Heben der beschriebenen Schaltkette 50.1, 50.2, 50,3 und Schalte- 52 existiert eine Steuerkette vom ReglerLifting the described switching chain 50.1, 50.2, 50.3 and switching 52 there is a control chain from the controller

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

/ υ JO/ υ JO

• ν• ν

65 7 765 7 7

3h über ein Proportionalglied 50.k zum Gebläse 28. Alle Änderungen in der Wärmeanforderung werden also auch direkt auf das Gebläse 28 geschaltet, so daß bei geöffnetem Schalter 52 eine reine Steuerung des Luft-Brennstoffgemisches vorliegt, die jedoch nach Ablauf der Zeit d von der Regelung abgelöst wird. Die Wahl des P-Faktors des Proportionalglieds. ^O.k ist so getroffen, daß bei einer Erhöhung des Wärmeanforderungssignals der P-Faktor größer als Λ ist und dadurch mehr Luft als zur Aufrechterhaltung des vorgegebenen ιΛ -Wertes nötig beigegeben wird, so daß mit Sicherheit keine Überfettung eintritt. Umgekehrt ist bei Gasmengenabsenkung der Proportionalitätsfaktor P kleiner als C[ , so daß auch hier die Anlage nach der sicheren Seite hin arbeitet. 3h via a proportional element 50. k to the fan 28. All changes in the heat demand are therefore also switched directly to the fan 28, so that when the switch 52 is open there is a pure control of the air-fuel mixture, which, however, after the time d has elapsed Regulation is replaced. The choice of the P-factor of the proportional term. ^ Ok is such that when the heat request signal is increased, the P-factor is greater than Λ and therefore more air is added than is necessary to maintain the specified ιΛ value, so that there is definitely no excess grease. Conversely, when the gas volume is reduced, the proportionality factor P is smaller than C [, so that here too the system works on the safe side.

Die Zeitspanne d kann konstant oder veränderlich sein. Im zweiten Fall wird die Einstellung der Zeitspanne d von einem abgewandelten nichtlinearen Glied 50.2 gemäß Fig. 5 j A abgenommen. Es hat betragsbildenden Charakter mit Begrenzung. Falls der Sauerstoffühler unsymmetrisch reagiert, wird dem durch eine asymmetrische Mchtlinearität gemäß Fig. 5 B und 5 C entsprechend der symmetrischen Nichtlinearität aus Fig. k und Fig. 5 A entsprochen. Reagiert der Sauerstoffsensor beim Abmagern heftiger als beim Anfetten, so muß die Totzone auf der Magerseite (negative Abszisse) kleiner bzw. die Steigung nach Fig. 5 C steller sein. Anstelle des Schalters 52 zwischen dem Soll-Istwertvergleicher und dem Rechenwerk des Reglers ^O kann ein Halteglied nullter Ordnung zwischen dem Sauerstoffsensor 38' (Fig. k) und dem Soll-Istwertvergleicher die Aufgabe des zeitlichen Ausblendens einer Sondenfehlanzeige erledigen. Während die Lösung mit dem Schalter 52 dem Regelkreis eine Regelabweichung ITuIl vortäuscht, geht die Lösung mit dem Halteglied davon aus, daß der Regelkreis im Gleichgewicht war und der vom Halteglied gehaltene Meßwert des SauerstoffsensorsThe time span d can be constant or variable. In the second case, the setting of the time period d is taken from a modified non-linear element 50.2 according to FIG. 5 jA. It has an amount-forming character with a limitation. If the oxygen sensor reacts asymmetrically, this is met by an asymmetrical power linearity according to FIGS. 5 B and 5 C corresponding to the symmetrical non-linearity from FIG. K and FIG. 5A. If the oxygen sensor reacts more vigorously when losing weight than when making it rich, the dead zone on the lean side (negative abscissa) must be smaller or the slope according to FIG. 5C must be lower. Instead of the switch 52 between the desired-actual value comparator and the calculator of the controller ^ O a zero-order hold between the oxygen sensor 38 '(Fig. K) and the target actual value comparator accomplish the task of the time fade of a probe-existent. While the solution with the switch 52 simulates a system deviation ITuIl for the control loop, the solution with the holding element assumes that the control loop was in equilibrium and the measured value of the oxygen sensor held by the holding element

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

3Ö' dem Sollwert entsprich L, die Regelabweichung also a ich Null ist.3Ö 'the setpoint corresponds to L, i.e. the control deviation a i is zero.

Anstelle eines konstanten Λ -Sollwertes kann die Regelung auch mit einem gleitenden JL -Sollwert geführt sein, der an die Wärmeanforderung gekoppelt ist. Der gleitende Sollwert setzt sich aus einem konstanten und einem veränderlichen Anteil'zusammen, der von einem zusätzlichen Kennlinienglied in der Steuereinrichtung 50 anzusteuern ist.Instead of a constant Λ setpoint, the control can can also be managed with a sliding JL setpoint that is linked to the heat demand. The floating setpoint is made up of a constant and a variable Proportion 'together, that of an additional characteristic element is to be controlled in the control device 50.

In beiden vorbeschriebenen Regeleinrichtungen kann ferner ein Schwellwertschalter vorgesehen sein, welcher eine Abschaltung des Gerätes bewirkt, wenn das Signal des Sauerstoffsensors einen vorgegebenen unteren Wert unterschreitet Dieser Fall kann z. B, dann eintreten, wenn das Gebläse nicht mehr ordnungsgemäß arbeitet, so daß trotz laufend steigender Luftmengenanforderung die tatsächlich geforderte Luftmenge immer geringer wird bzw. die Luftüberschußzahl bei Ausfall des Gebläse rasch abfällt. Ferner könnte ein zweiter Schwellwertschalter vorgesehen sein, der eine Störabschaltung des Gerätes bewirkt, wenn z. B, bei Ausbleiben der Brennstoffzufuhr der Sauerstoffsensor eine immer höhere Luftüberschußzahl feststellt, diese Tendenz sich jedoch trotz Verminderung der Gebläsedrehzahl nicht aufhalten läßt.In both of the control devices described above, a threshold switch can be provided, which switches off of the device when the signal from the oxygen sensor falls below a specified lower value This case can e.g. B, then occur when the fan no longer works properly, so that despite running increasing air volume requirement the actually required The amount of air is getting smaller and the excess air number drops rapidly if the fan fails. Furthermore, a second threshold value switch could be provided which causes the device to shut down on faults if z. B, if there is no fuel supply, the oxygen sensor An increasingly higher excess air figure is determined, but this tendency continues despite a reduction in the fan speed can not be stopped.

Claims

ft ■ «
* · *

R.6 5 7 7R.6 5 7 7

Ki / Kn 15-9-1980

Robert Bosch GmbH, TOOO Stuttgart 1

Expectations

M.) Temperature control device for gas or oil-heated water heaters, with a first actuator acting on the fuel supply, a second actuator acting on the amount of combustion air, a heat sensor that detects the temperature to be controlled as an actual value transmitter that influences one of the two actuators, and one downstream of the heat exchanger of the water heater in the flow path of the combustion gases arranged oxygen sensor, which influences the other actuator in the sense of keeping constant or guiding the excess air ratio of the combustion, characterized in that each actuator {lh, 28) is assigned its own control circuit (31, 32) one of which is the heat sensor (33) as the actual value transmitter for the temperature that regulates s. 1 and the other, the oxygen sensor (38) as the actual value transmitter of the

Contains excess air number, and that also a Tom Control device influenced by the heat demand signal (1 * 2, 50) for one that influences the excess air ratio Actuator (28) is provided, which is independent of the signal from the oxygen sensor (38) and limited in time the excess air figure above a predetermined minimum value holds when the heat demand signal is at least around a specified value and / or with a specified - "" "^ low speed changes.

2. Device according to claim 1, characterized in that the control device (1 + 2, 50) and the oxygen sensor (38) an actuator (28) is jointly assigned.

3. Device according to claim ί or 2, characterized in that the control device (1 + 2) has an electronic differentiating element (1 + 2.]) Which detects the speed and magnitude of the change in the heat demand ssignals and an electronic threshold switch (1+) connected downstream of this 2.2) has.

1 + «* device according to one of claims] to 3, characterized characterized in that a switching element is provided which only changes the heat demand signal can act on the actuator (28) influenced by the control device (1 + 2), which in the event of a delayed reaction

of the oxygen sensor (38) a reduction in the excess air number would result.

5. Device according to claims 3 and h, characterized in that the switching element is an electronic valve element connected upstream of the control device (1 * 2) i st.

6. ■ Device according to one of the preceding claims, characterized in that the heat sensor (33) influences the actuator (1 k ) for the fuel supply and the oxygen sensor (38) influences the actuator (28) for the amount of combustion air.

7. Device according to one of Claims 1 to 6, with an oxygen sensor which has a normal delayed response behavior, characterized in that the control signals of the control device (k2) have a yielding characteristic.

8. Device according to one of claims 1 to 6, with an oxygen sensor with all-pass behavior, characterized in that the control signals of the control device (50) one over the duration of the response delay constant strength of the oxygen sensor to have.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the control device (50) is provided with a switching element (52) which ^{interrupts the signal flow of the oxygen sensor (38 1} ·) when the heat demand signal changes.

10. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that between the oxygen sensor (38 ¹ ) and the set-actual value comparator of the control loop (32), a holding element is switched on for temporarily hiding a probe error signal.

11. Device according to one of the preceding claims, for a water heater with fan and Auße.nwandanschluss, characterized in that the actuator influenced by the oxygen sensor (38) is the fan (28) and the manipulated variable is the fan speed.

12. Device according to claim 11, characterized in that a shaded pole motor for driving the fan (28) serves, the speed of which is continuously variable by phase control.

13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the oxygen sensor (38 ¹ )

CC**CC **

is a limit current probe.

1 h. Device according to Claim 13, characterized in that the limit current end (38 ¹ ) is provided with a diffusion barrier and self-heating.

.15. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the signal from the oxygen sensor (38, 38 ') is fed to a threshold value switching element, which causes the device to lock out, if the signal falls below a predetermined lower value and / or a predetermined value over a longer period of time exceeds the upper value.