EP0770824A2 - Verfahren und Schaltung zur Regelung eines Gasbrenners - Google Patents

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EP0770824A2
EP0770824A2 EP96115721A EP96115721A EP0770824A2 EP 0770824 A2 EP0770824 A2 EP 0770824A2 EP 96115721 A EP96115721 A EP 96115721A EP 96115721 A EP96115721 A EP 96115721A EP 0770824 A2 EP0770824 A2 EP 0770824A2
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EP
European Patent Office
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lambda
gas
setpoint
ionization
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EP0770824A3 (de
EP0770824B1 (de
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Hubert Nolte
Martin Herrs
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Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Original Assignee
Stiebel Eltron GmbH and Co KG
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    • F23N2235/12—Fuel valves
    • F23N2235/16—Fuel valves variable flow or proportional valves

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a gas burner, in particular a gas fan burner, with a measuring electrode, in particular an ionization electrode, which applies an electrical variable derived from the combustion temperature or the actual lambda value to a control circuit which compares this variable with a selected electrical setpoint and sets the gas-air ratio (lambda) to a corresponding lambda setpoint.
  • the invention further relates to a corresponding control circuit.
  • the thermal coupling between the ionization electrode and the gas burner can change, for example due to bending, wear and contamination of the ionization electrode or sooting of the burner. It was found that this leads to the fact that the ionization current and thus the measured variable derived therefrom change despite the lambda value remaining the same.
  • the proportionality factor therefore changes between the lambda value and the electrical variable derived therefrom. Since this changed measuring voltage is applied to the comparator of the control circuit, on which the - unchanged - setpoint also acts, the control circuit will adjust the gas-air mixture, i.e. the lambda value, causing a deviation of the actual lambda value from the lambda Setpoint comes, which is undesirable.
  • the object of the invention is to propose a method and a circuit of the type mentioned at the outset with which the influence of a change in the proportionality between the lambda value and that derived therefrom electrical measured variable on the control is compensated in such a way that the desired gas-air ratio (lambda setpoint) is maintained.
  • the above object is achieved in a method of the type mentioned at the outset by the features of claim 1 and with respect to the circuit by the features of claim 6.
  • the control is switched off for a short time and a calibration cycle is carried out.
  • the gas-air mixture is forcibly enriched, i.e. the lambda value is reduced from> 1.
  • Such an adjustment is avoided by the invention, so that the desired lambda setpoint is also controlled when the proportionality factor existing between the combustion temperature and the electrical measured variable has changed.
  • the system switches back to "control". If the deviation lies outside a "window”, an interference signal is triggered and / or the burner is forcibly switched off.
  • a gas burner (1) has a speed-adjustable fan (2) which conveys combustion air. It is provided with a gas supply (3) in which a gas solenoid valve (3 ') is arranged.
  • An ionization electrode (4) is arranged as the measuring electrode in the flame area of the gas burner (1). This measuring electrode (4) is common in gas burners. However, it is usually only used for flame monitoring. The measuring electrode (4) detects the ionization current which occurs in the respective combustion state. According to Richardson's equation, this depends on the electrode temperature and thus also on the respective lambda value of the respective gas-air mixture.
  • An AC voltage in this case simply the AC mains voltage, is applied to the measuring electrode (4) via a capacitive coupling element (5).
  • the coupling element (5) is connected to earth via a resistor (6), so that the ionization path (flame area) is electrically connected in parallel to the resistor (6).
  • a low-pass filter (8) is connected to the measuring electrode (4) via a voltage-impedance converter (7) and is connected on the output side to a control circuit (9).
  • the control circuit (9) according to FIG. 1 has a comparator (10) to which a setpoint generator (11) is placed. At the Setpoint generator (11) can be set to an electrical setpoint corresponding to the desired lambda value, for example 1.15 to 1.3.
  • the output direct voltage of the low-pass filter (8) is applied to the comparator (10) and is proportional to the respective lambda value.
  • an automatic start (15) is integrated, which controls the changeover switch (13).
  • a setpoint generator (16) for a starting speed is located on the changeover switch (13).
  • a memory (17) is also provided for the current speed value and / or the current setting value of the gas solenoid valve (3 ').
  • a Schmitt trigger (18) is also connected to the output of the low pass (8) and is used for flame monitoring.
  • the automatic start (15) switches to the setpoint device (16).
  • the fan (2) thus runs via the power driver (14) at a starting speed which results in a mixture which can be ignited safely.
  • the automatic start switches the changeover switch (13) to the voltage / current converter (12).
  • the ionization current detected by the ionization electrode (4) leads to a direct voltage being superimposed on the alternating voltage. This is proportional to the ionization in the flame area. It is proportional to the respective excess air (lambda). In practice, it is between 0 V and 200 V. For further processing, the voltage is reduced and a DC voltage between 0 V and 10 V occurs at the output of the low pass (8) in the example.
  • the voltage (ionization voltage Ui) embodying the excess air of the respective gas-air mixture is compared in the comparator (10) with a desired value.
  • the difference between the two values is converted into a current that changes the state of charge of the storage capacitor (17), which corresponds to the instantaneous speed value, and thus controls the speed of the fan (2) accordingly until the respective excess air (actual lambda value ) is the same as the Lambda setpoint.
  • the speed of the fan (2) or the gas supply (3) is regulated.
  • the control circuit (9) can also be constructed as a digital circuit with a microprocessor.
  • An activation circuit (21) is also provided. This counts the starting processes triggered by the automatic start (15) or records the operating hours of the gas burner (1).
  • a ramp generator (22) is connected to the activation circuit (21) and is connected to a third Switch position of the switch (13) is connected.
  • a detection circuit (23) which is also connected to the activation circuit (21) and which is followed by a storage circuit (24).
  • the memory circuit (24) is connected to the setpoint generator (11).
  • the activation circuit (21) brings the changeover switch (13) into its third switching position and activates the ramp generator (22). The control described above is switched off.
  • the ramp generator (22) now controls the blower (2) or the gas solenoid valve (3 ') in such a way that the gas-air mixture is "enriched", ie the gas content increases.
  • the lambda value is continuously reduced from a value> 1, for example 1.3, to a value below 1.
  • Which of the curves occurs depends on the state of the ionization electrode (4) or the gas burner (1); So it depends on how the ionization electrode (4) lies in the connection area of the burner flames. For example, if the ionization electrode (4) is bent, worn or sooty, a different voltage profile is produced than in the "good" condition.
  • the detection circuit (23) detects the respective voltage maximum A, B, C, for example by evaluating the slope of the curve I, II or III.
  • the respective maximum voltage is stored in the memory circuit (24).
  • the memory circuit (24) sets the basic value (100%) of the setpoint generator (11) to this value.
  • the setpoint generator (11) has been set in this way that it was set to 90% of its basic value (100%) (cf. a in Fig. 2, where Fig. 2 is not to scale).
  • this voltage value (B) is stored in the memory circuit (24) as the basic value for the setpoint generator ( 11) saved.
  • the setpoint generator (11) remains set to 90% of a basic value, which b shows in Fig.2. From Fig. 2 it can be seen that at voltage (b) (90% of maximum voltage B) via comparator (10), when the control is switched on again after the calibration cycle by means of the switch (13), a control to the lambda Setpoint of 1.2.
  • control circuit (9) always depends on the respective state of the ionization electrode (4) is readjusted in such a way that the control circuit (9) regulates the actual lambda value to the desired lambda setpoint during control operation. Operational changes in the state of the ionization electrode (4) or the gas burner (1) are thus balanced.
  • the calibration cycles are very short compared to the times in which the gas burner (1) operates in normal control mode, so that the combustion occurring during the calibration cycles with a lambda value that deviates from the lambda setpoint can be accepted.
  • the combustion improves in each of the regular operations following a calibration process.
  • the described control function is switched off during calibration.
  • the calibration is preferably carried out when the speed of the fan (2) does not change in order to suppress the influence of the fan (2) on the combustion. It is expedient to carry out the calibration at a medium speed so that the calibration signal does not hit the modulation limits of the control signal (J) which is applied to the gas solenoid valve (3 ').
  • the calibration can also be done during of switching the blower (2) from one power level to the other power level because the speed change compared to the calibration process is slow, so that the speed during the calibration process is quasi constant.
  • the calibration process is started at time (t1) (see Fig. 3) by the event or operating hours counter during the transition from the full load stage to the partial load stage of the blower (2) when the decreasing modulation current (J) reaches a low value (Jk).
  • the modulation current (J) and thus the gas supply via the gas solenoid valve (3 ') is then increased by the control circuit (9), as a result of which the ionization voltage (Ui) increases accordingly.
  • the ionization voltage (Ui) reaches a predetermined value, for example 0.9 Uimax.
  • the time period (t1 to t2) serves to start the preheating of the ionization electrode (4). From time (t2) up to time (t3) the modulation current (J) is kept constant. During this period (t2 to t3), the ionization electrode (4) heats up to a stable temperature and thus ensures reproducible measured values.
  • the modulation current (J) is increased by the control circuit (9) so that the maximum value (Uimax) of the ionization voltage (Ui) is exceeded.
  • This - new - maximum value (Uimax) and / or the measured values resulting in the time period (t3 to t4) is / are stored for further processing in the calibration process.
  • the modulation current (J) is increased further until the ionization voltage (Ui) is again approximately 10% below the Uimax value, which is the case in FIG. 3 at time (t4).
  • the lambda value of the combustion itself is unfavorable, but this is not important since this period lasts at most a few seconds.
  • control circuit (9) switches back to the control process described above. This starts when the ionization voltage (Ui), the modulation current (J) and the gas pressure (p) have stabilized at time (t5).
  • the control circuit (9) derives a correspondingly adapted new setpoint for the ionization voltage from the stored - new - maximum value of the ionization voltage or from the measurement values obtained in the period (t3 to t4).
  • an average can be formed between the new measurement series and the measurement series of previous calibration processes.
  • the first transfer criterion detects a sudden change in all components of the control loop. It is fulfilled if the deviation of the new calibration value from the previous calibration values is sufficiently small.
  • the second transfer criterion detects a "creeping drift" of the system (burner control), which is sufficiently small in the event of a deviation from the values provided by the manufacturer.
  • the burner operation will only continue with the recalibration if both transfer criteria are met. If one of the transfer criteria is not met, the burner operation is first interrupted by a control shutdown and after repeated repetition by a lockout.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Regelung eines Gasgebläsebrenners legt eine Ionisations-Elektrode eine von der Verbrennungstemperatur bzw. dem Lambda-Wert abgeleitete elektrische Größe einer Regelschaltung, welche diese Größe mit einem gewählten elektrischen Sollwert vergleicht und das Gas-Luft-Verhältnis (Lambda-Wert) auf einen entsprechenden Lambda-Sollwert einstellt. Um den Einfluß einer zustandsbedingten Änderung der Proportionalität zwischen dem Lambda-Wert und der daraus abgeleiteten elektrischen Meßgröße auf die Regelung in der Weise auszugleichen, daß der gewünschte Lambda-Sollwert beibehalten wird, wird immer wieder ein Kalibrierungszyklus durchfahren. In diesem wird der Lambda-Wert von einem Wert > 1 ausgehend reduziert. Der sich bei Lambda = 1 ergebende Maximalwert wird gespeichert. Mit diesem Maximalwert wird der elektrische Sollwert nachgestellt. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners, insbesondere Gasgebläsebrenners, mit einer Meßelektrode, insbesondere Ionisations-Elektrode, die eine von der Verbrennungstemperatur bzw. dem Lambda-Istwert abgeleitete elektrische Größe an eine Regelschaltung legt, welche diese Größe mit einem gewählten elektrischen Sollwert vergleicht und das Gas-Luft-Verhältnis (Lambda) auf einen entsprechenden Lambda-Sollwert einstellt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Regelschaltung.
  • In der DE 39 37 290 A1 ist eine derartige Regelung beschrieben. Dort liegt die Ionisations-Elektrode in einem Gleichstromkreis. Die Auswertung des Ionisationsstromes ist in der Praxis problematisch, wenn ein proportionaler Zusammenhang zwischen dem Ionisationsstrom und dem Lambda-Wert ermittelt werden soll.
  • In der älteren Patentanmeldung P 44 33 425 ist eine Regeleinrichtung für einen Gasgebläsebrenner beschrieben. Durch eine Wechselspannungsüberlagerung läßt sich der Ionisationsstrom sicher auswerten. Der jeweilige Luftüberschuß (Lambda-Wert) des jeweiligen Verbrennungszustandes wird über die Ionisations-Elektrode erfaßt und in der Regelschaltung mit einem eingestellten Sollwert verglichen. Die Zusammensetzung des Gas-Verbrennungsluft-Gemisches wird entsprechend nachgeregelt, so daß im Endergebnis immer mit einem gewünschten Lambda-Sollwert gearbeitet wird. Gewünscht ist ein überstöchiometrisches Verhältnis von Luft zu Gas, wobei der Lambda-Sollwert vorzugsweise zwischen 1,15 und 1,3 liegt. Es wird dadurch erreicht, daß bei unterschiedlichen Gasqualitäten, beispielsweise Erdgas und Flüssiggas, sowie bei wechselnden Umgebungsbedingungen eine hinsichtlich der Emissionen und des feuerungstechnischen Wirkungsgrades optimale Verbrennung erfolgt.
  • Im Betrieb kann sich die thermische Kopplung zwischen der Ionisations-Elektrode und dem Gasbrenner ändern, beispielsweise durch Verbiegen, Verschleiß und Verschmutzung der Ionisations-Elektrode oder Verrußung des Brenners. Es wurde gefunden, daß dies dazu führt, daß sich trotz an sich gleichbleibenden Lambda-Wert der Ionisationsstrom und damit die daraus abgeleitete Meßgröße ändert. Es ändert sich also der Proportionalitätsfaktor zwischen dem Lambda-Wert und der daraus abgeleiteten elektrischen Größe. Da diese geänderte Meßspannung am Vergleicher der Regelschaltung anliegt, auf den auch der - unveränderte - Sollwert wirkt, wird die Regelschaltung das Gas-Luft-Gemisch, also den Lambda-Wert, verstellen, wodurch es zu einer Abweichung des Lambda-Istwertes vom Lambda-Sollwert kommt, was unerwünscht ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Schaltung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit dem/der der Einfluß einer Änderung der Proportionalität zwischen dem Lambda-Wert und der daraus abgeleiteten elektrischen Meßgröße auf die Regelung in der Weise ausgeglichen wird, daß das gewünschte Gas-Luft-Verhältnis (Lambda-Sollwert) aufrechterhalten bleibt.
  • Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Schaltung durch die Merkmale des Anspruchs 6 gelöst.
  • Nach einer gewissen Betriebszeit, die entweder durch einen Betriebsstundenzähler oder durch Zählen der Einschaltvorgänge des Brenners erfaßt werden kann, wird die Regelung für kurze Zeit abgeschaltet und ein Kalibrierungszyklus durchfahren. In diesem wird das Gas-Luft-Gemisch zwangsweise angefettet, also der Lambda-Wert von > 1 ausgehend reduziert. Die erfaßte elektrische Meßgröße durchläuft bei Lambda = 1 ein Maximum. Dieser Wert wird festgehalten. Weicht er vom eingestellten elektrischen Grund-Sollwert ab, dann wird dieser nachjustiert. Eine solche Abweichung stellt sich ein, wenn sich die Ionisations-Elektrode verbogen hat, abgenutzt ist oder verrußt ist, was an sich zu einer unerwünschten Verstellung des Gas-Luft-Verhältnisses führen würde. Durch die Erfindung ist eine solche Verstellung vermieden, so daß auch dann auf den gewünschten Lambda-Sollwert geregelt wird, wenn sich der zwischen der Verbrennungstemperatur und der elektrischen Meßgröße bestehende Proportionalitätsfaktor geändert hat.
  • Nach dem Kalibrierungszyklus wird, gegebenenfalls nach Auswertung eines oder mehrerer Übergabekriterien, wieder auf "Regelung" umgeschaltet. Wenn die Abweichung außerhalb eines "Fensters" liegt, wird ein Störsignal ausgelöst und/oder der Brenner zwangsweise abgeschaltet.
  • Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels In der Zeichnung zeigen:
    • Figur 1 ein Blockschaltbild einer Regelschaltung bei einem Gasgebläsebrenner,
    • Figur 2 ein Kennliniendiagramm und
    • Figur 3 ein Zeitdiagramm beim Start eines Kalibrierungsvorgangs.
  • Ein Gasbrenner(1) weist ein drehzahlregelbares Gebläse(2) auf, das Verbrennungsluft fördert. Er ist mit einer Gaszuführung(3), in der ein Gasmagnetventil(3') angeordnet ist, versehen. Im Flammenbereich des Gasbrenners(1) ist eine Ionisations-Elektrode(4) als Meßelektrode angeordnet. Diese Meßelektrode(4) ist bei Gasbrennern üblich. Gewöhnlich dient sie jedoch nur der Flammenüberwachung. Die Meßelektrode(4) erfaßt den sich beim jeweiligen Verbrennungszustand einstellenden Ionisationsstrom. Dieser hängt nach der Richardson'schen Gleichung von der Elektrodentemperatur und damit auh vom jeweiligen Lambda-Wert des jeweiligen Gas-Luft-Gemisches ab.
  • Auf die Meßelektrode(4) ist über ein kapazitives Koppelglied(5) eine Wechselspannung, im Beispielsfalle einfach die Netzwechselspannung, aufgeschaltet. Das Koppelglied(5) ist über einen Widerstand(6) an Erde gelegt, so daß die Ionisationsstrecke (Flammenbereich) elektrisch parallel zum Widerstand(6) geschaltet ist.
  • An der Meßelektrode(4) liegt über einen Spannungs-Impedanzwandler(7) ein Tiefpaß(8), der ausgangsseitig an eine Regelschaltung(9) angeschlossen ist.
  • Die Regelschaltung(9) nach Fig. 1 weist einen Vergleicher (10) auf, an den ein Sollwertgeber(11) gelegt ist. Am Sollwertgeber(11) ist eine dem gewünschten Lambda-Wert, beispielsweise 1,15 bis 1,3, entsprechender elektrischer Sollwert einstellbar. An den Vergleicher(10) ist die Ausgangs-Gleichspannung des Tiefpasses(8) gelegt, die dem jeweiligen Lambda-Wert proportional ist. Ausgangsseitig liegt am Vergleicher(10) ein Spannungs/Stromwandler(12), welcher über einen Umschalter(13) an einen Leistungstreiber(14) angeschlossen ist, der die Drehzahl des Gebläses(2) und/oder die Stellung des Gasmagnetventils(3') steuert.
  • In die Regelschaltung(9) ist eine Startautomatik(15) integriert, welche den Umschalter(13) steuert. Am Umschalter(13) liegt ein Sollwertgeber(16) für eine Startdrehzahl. Außerdem ist ein Speicher(17) für den momentanen Drehzahlwert und/oder den momentanen Einstellwert des Gasmagnetventils(3') vorgesehen.
  • An den Ausgang des Tiefpasses(8) ist weiterhin ein Schmitt-Trigger(18) geschaltet, der der Flammenüberwachung dient.
  • Die Funktionsweise der soweit beschriebenen Regelschaltung ist etwa folgende:
  • Beim Start des Gasbrenners(1) schaltet die Startautomatik (15) auf den Sollwertgeber(16). Über den Leistungstreiber (14) läuft das Gebläse(2) dadurch mit einer Startdrehzahl, die ein sicher zündfähiges Gemisch ergibt.
  • Nach dem Zünden und erfolgreicher Flammenbildung schaltet die Startautomatik(15) den Umschalter(13) auf den Spannungs/Stromwandler(12). Der von der Ionisations-Elektrode(4) erfaßte Ionisationsstrom führt dazu, daß sich der Wechselspannung eine Gleichspannung überlagert. Diese ist proportional der Ionisation im Flammenbereich. Sie ist proportional dem jeweiligen Luftüberschuß(lambda). In der Praxis liegt sie zwischen 0 V und 200 V. Zur Weiterverarbeitung wird die Spannung herabgesetzt und am Ausgang des Tiefpasses(8) tritt im Beispielsfalle eine Gleichspannung zwischen 0 V und 10 V auf.
  • Die den Luftüberschuß des jeweiligen Gas-Luft-Gemisches verkörpernde Spannung (Ionisationsspannung Ui) wird im Vergleicher(10) mit einem Sollwert verglichen. Die Differenz zwischen den beiden Werten wird in einen Strom gewandelt, der den Ladezustand des Speicherkondensators(17), welcher dem Drehzahl-Momentanwert entspricht, solange ändert und damit die Drehzahl des Gebläses(2) entsprechend steuert, bis der jeweilige Luftüberschuß (Lambda-Istwert) dem Lambda-Sollwert gleich ist.
  • Erfolgt danach eine Veränderung der Verbrennungsbedingungen, beispielsweise Änderung der Gasart, Änderung des Gasdrucks, Änderung der Umgebungstemperaturen o.ä., und weicht dadurch der Lambda-Istwert vom Lambda-Sollwert ab, dann werden diese Störungen in der beschriebenen Weise ausgeregelt.
  • Wenn die Flamme erlischt, wird über den Schmitt-Trigger (18) die Gaszufuhr(3) mittels des Gasmagnetventils(3') gesperrt.
  • Zur Einstellung des Luftüberschusses wird die Drehzahl des Gebläses(2) oder die Gaszufuhr(3) geregelt.
  • Die Regelschaltung(9) kann auch als digitale Schaltung mit einem Mikroprozessor aufgebaut sein.
  • Weiterhin ist eine Aktivierungsschaltung(21) vorgesehen. Diese zählt die von der Startautomatik(15) ausgelösten Startvorgänge oder erfaßt die Betriebsstunden des Gasbrenners(1). Mit der Aktivierungsschaltung(21) ist ein Rampengenerator(22) verbunden, der an eine dritte Schaltposition des Umschalters(13) angeschlossen ist.
  • Am Ausgang des Tiefpasses(8) liegt eine Erkennungsschaltung(23), die ebenfalls an die Aktivierungsschaltung(21) angeschlossen ist und der eine Speicherschaltung(24) nachgeschaltet ist. Die Speicherschaltung(24) ist mit dem Sollwertgeber(11) verbunden.
  • Die Funktionsweise der zusätzlichen Schaltung in einem Kalibrierungszyklus ist etwa folgende:
  • Nach einer bestimmten Anzahl von Startvorgängen oder Betriebsstunden, beispielsweise 100 Startvorgängen oder 10 Betriebsstunden, bringt die Aktivierungsschaltung(21) den Umschalter(13) in seine dritte Schaltposition und aktiviert den Rampengenerator(22). Die oben beschriebene Regelung ist dadurch abgeschaltet.
  • Der Rampengenerator (22) steuert nun das Gebläse(2) oder das Gasmagnetventil(3') in der Weise, daß das Gas-Luft-Gemisch "angefettet" wird, sich also der Gasanteil erhöht. Der Lambda-Wert wird dabei von einem Wert > 1, beispielsweise 1,3, kontinuierlich auf einen Wert unter 1 reduziert. Dabei ergibt sich ein von der Ionisations-Elektrode(4) abgeleiteter Verlauf der Meßspannung (Ionisationsspannung Ui) am Ausgang des Tiefpasses(8), wie er in einer der Kurven I,II,III in Fig. 2 beispielshaft dargestellt ist. Welche der Kurven sich einstellt, hängt vom Zustand der Ionisations-Elektrode(4) bzw. des Gasbrenners(1) ab; also davon ab, wie die Ionisations-Elektrode(4) im Anschlußbereich der Brennerflammen liegt. Beispielsweise stellt sich bei verbogener, verschlissener oder verrußter Ionisations-Elektrode(4) ein anderer Spannungsverlauf ein als im "guten" Zustand.
  • Alle Kurven I,II,III durchlaufen bei Lambda = 1 ein Maximum. Die Maxima der Kurven I,II,III sind in Fig. 2 mit A,B,C bezeichnet.
  • Die Erkennungsschaltung(23) erfaßt das jeweilige Spannungsmaximum A,B,C, beispielsweise indem sie die Steigung der Kurve I,II bzw. III auswertet. Die jeweilige Maximalspannung wird in der Speicherschaltung(24) abgelegt. Die Speicherschaltung(24) stellt den Grundwert (100%) des Sollwertgebers(11) auf diesen Wert ein.
  • Geht man beispielsweise davon aus, daß I die Kennlinie eines "guten" Zustandes der Ionisations-Elektrode(4) ist und geht man davon aus, daß der Lambda-Sollwert 1,2 sein soll, dann ist der Sollwertgeber(11) so eingestellt worden, daß er auf 90% seines Grundwertes (100%) gestellt wurde (vgl. a in Fig.2, wobei Fig.2 nicht maßstabsgerecht ist).
  • Solange sich am Zustand der Ionisations-Elektrode(4) bzw. des Gasbrenners(1) nichts ändert, wird auch in den Kalibrierungszyklen an dem Grundwert (100%) des Sollwertgebers(11) nichts geändert.
  • Ergibt sich in einem Kalibrierungszyklus die Kennlinie (II) mit dem Maximalwert(B), was die Folge einer Zustandsänderung der Ionisations-Elektrode(4) ist, dann wird in der Speicherschaltung(24) dieser Spannungswert(B) als Grundwert für den Sollwertgeber(11) gespeichert. Der Sollwertgeber(11) bleibt weiter auf 90% eines Grundwertes eingestellt, was b in Fig.2 zeigt. Aus Fig.2 ist ersichtlich, daß bei der Spannung(b) (90% der Maximalspannung B) über den Vergleicher(10) dann, wenn die Regelung nach dem Kalibrierungszyklus mittels des Umschalters(13) wieder eingeschaltet wird, eine Regelung auf den Lambda-Sollwert von 1,2 erfolgt.
  • Es ist also erreicht, daß abhängig vom jeweiligen Zustand der Ionisations-Elektrode(4) die Regelschaltung(9) immer so nachgeregelt wird, daß die Regelschaltung(9) im Regelbetrieb den Lambda-Istwert auf den gewünschten Lambda-Sollwert regelt. Betriebsbedingte Zustandsänderungen der Ionisations-Elektrode(4) bzw. des Gasbrenners(1) sind also ausgeglichen.
  • Für die beschriebene Nachstellung des Sollwertgebers(11) bestehen Grenzen. Diese sind in Fig. 2 durch das Fenster(F) angedeutet. Solange in den Kalibrierungszyklen die Maxima der Spannungsverläufe, wie A,B, innerhalb des Fensters(F) liegen, erfolgt die beschriebene Nachstellung des Sollwertgebers(11). Ergibt sich ein Spannungsmaximum, wie C, das außerhalb des Fensters(F) liegt, dann erkennt dies die Erkennungsschaltung(23) und löst ein Störsignal und/oder eine zwangsweise Abschaltung des Gasbrenners(1) aus.
  • Die Kalibrierungszyklen sind im Vergleich zu den Zeiten, in denen der Gasbrenner(1) im normalen Regelbetrieb arbeitet, sehr kurz, so daß die während den Kalibrierungszyklen mit einem vom Lambda-Sollwert abweichenden Lambda-Wert erfolgende Verbrennung in Kauf genommen werden kann. Im jeweils an einen Kalibrierungsvorgang anschließenden Regelbetrieb verbessert sich die Verbrennung.
  • Weiterbildungen der oben beschriebenen Kalibrierungsvorgänge sind im folgenden erläutert.
  • Während der Kalibrierung ist die beschriebene Regelfunktion abgeschaltet. Die Kalibrierung erfolgt vorzugsweise bei sich nicht ändernder Drehzahl des Gebläses(2), um den Einfluß des Gebläses(2) auf die Verbrennung zu unterdrücken. Günstig ist es, die Kalibrierung bei einer mittleren Drehzahl durchzuführen, um während der Kalibrierung nicht an Modulationsgrenzen des Steuersignals(J), das an das Gasmagnetventil(3') gelegt ist, zu stoßen. Die Kalibrierung kann auch während des Umschaltens des Gebläses(2) von der einen Leistungsstufe auf die andere Leistungsstufe erfolgen, da die Drehzahländerung im Vergleich zum Kalibriervorgang langsam ist, so daß die Drehzahl während des Kalibriervorgangs quasi konstant ist.
  • Der Kalibriervorgang wird zum Zeitpunkt(t1) (vgl. Fig.3) vom Ereignis- oder Betriebsstundenzähler beim Übergang von der Vollaststufe auf die Teillaststufe des Gebläses (2) gestartet, wenn der abnehmende Modulationsstrom(J) einen niedrigen Wert(Jk) erreicht. Es wird dann von der Regelschaltung(9) der Modulationsstrom(J) und damit über das Gasmagnetventil(3') die Gaszufuhr erhöht, wodurch die Ionisationsspannung(Ui) entsprechend ansteigt. Zum Zeitpunkt(t2) erreicht die Ionisationsspannung(Ui) einen vorbestimmten Wert, beispielsweise 0,9 Uimax. Die Zeitspanne(t1 bis t2) dient dem Anfahren der Vorerwärmung der Ionisationselektrode(4). Ab dem Zeitpunkt(t2) wird bis zum Zeitpunkt(t3) der Modulationsstrom(J) konstant gehalten. In dieser Zeitspanne(t2 bis t3) erhitzt sich die Ionisationselektrode(4) auf eine stabile Temperatur und gewährleistet dadurch reproduzierbare Meßwerte.
  • Nach dem Zeitpunkt(t3) wird der Modulationsstrom(J) von der Regelschaltung(9) so weiter erhöht, daß der Maximalwert(Uimax) der Ionisationsspannung(Ui) überfahren wird. Dieser - neue - Maximalwert(Uimax) und/oder die sich in der Zeitspanne(t3 bis t4) ergebenden Meßwerte wird/werden zur Weiterverarbeitung im Kalibriervorgang gespeichert.
  • Der Modulationsstrom(J) wird weiter erhöht bis die Ionisationsspannung(Ui) wieder um etwa 10% unter dem Uimax-Wert liegt, was in Figur 3 zum Zeitpunkt(t4) der Fall ist. In der Zeitspanne(t3 bis t4) ist der Lambdawert der Verbrennung an sich ungünstig, was jedoch nicht ins Gewicht fällt, da diese Zeitspanne höchstens wenige Sekunden dauert.
  • Nach dem Zeitpunkt(t4) schaltet die Regelschaltung(9) wieder auf den oben beschriebenen Regelvorgang zurück. Dieser setzt ein, wenn sich beim Zeitpunkt(t5) die Ionisationsspannung(Ui), der Modulationsstrom(J) und der Gasdruck(p) stabilisiert haben.
  • Aus dem gespeicherten - neuen - Maximalwert der Ionisationsspannung bzw. aus den in der Zeitspanne(t3 bis t4) gewonnenen Meßwerten leitet die Regelschaltung(9) einen entsprechend angepaßten neuen Sollwert für die Ionisationsspannung ab.
  • Aufgrund der genannten kurzen Abtastperiode der Regelschaltung(9) wird sich auch in der Zeitspanne(t3 bis t4) eine Serie von Meßwerten ergeben. Gegenüber den übrigen Meßwerten der Serie stark abweichende Meßwerte werden unterdrückt, weil sie auf externen elektrischen Störimpulsen beruhen können.
  • Um den Einfluß von nur vorübergehend auftretenden, zwar ungewöhnlichen, aber noch tolerierbaren Kalibrier-Meßwertserien zu vermindern, kann eine Mittelwertbildung zwischen der neuen Meßwertserie und den Meßwertserien vorhergehender Kalibriervorgänge vorgenommen werden.
  • Bevor mit dem neuen Kalibrierwert, der aus dem neuen Maximalwert der Ionisationsspannung oder aus der Meßwertserie abgeleitet sein kann, tatsächlich eine Neukalibrierung des Sollwertes der Ionisationsspannung vorgenommen wird, werden zwei Übergabekriterien von der Regelschaltung(9) geprüft.
  • Das erste Übergabekriterium erfaßt eine plötzliche Veränderung aller Komponenten des Regelkreises. Es ist erfüllt, wenn die Abweichung des neuen Kalibrierwertes von den früheren Kalibrierwerten ausreichend klein ist.
  • Das zweite Übergabekriterium erfaßt eine "schleichende Drift" des Systems (Brenner-Regelung), das bei Abweichung von den herstellerseitig vorgesehenen Werten ausreichend klein ist.
  • Nur wenn beide Übergabekriterien erfüllt sind, wird der Brennerbetrieb mit der Neukalibrierung fortgesetzt. Ist eines der Übergabekriterien nicht erfüllt, dann wird der Brennerbetrieb zunächst durch eine Regelabschaltung und nach mehrmaliger Wiederholung durch eine Störabschaltung unterbrochen.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners, insbesondere Gasgebläsebrenners, mit einer Meßelektrode, insbesondere Ionisations-Elektrode, die eine von der Verbrennungstemperatur bzw. dem Lambda-Wert abgeleitete elektrische Größe (Ionisationssignal) an eine Regelschaltung legt, welche diese Größe mit einem gewählten elektrischen Sollwert vergleicht und das Gas-Luft-Verhältnis (Lambdawert) auf einen entsprechenden Lambda-Sollwert einstellt,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß nach einer gewissen Betriebszeit oder in regelmäßigen Intervallen zwangsweise ein Kalibrierungszyklus durchfahren wird, in dem der Lambda- Wert von einem Wert > 1 reduziert wird und in dem die sich ergebende elektrische Größe (Ionisationssignal) gemessen wird und ihr Maximalwert(A,B,C) gespeichert wird, und daß mit diesem Maximalwert der elektrische Sollwert nachgestellt wird, damit die Regelschaltung auf den gleichen Lambda-Sollwert regelt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein Kalibrierungszyklus jeweils nach einer bestimmten Anzahl von Betriebsstunden oder Einschaltungen des Gasbrenners eingeleitet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß dann, wenn der Maximalwert (A,B,C) außerhalb eines vorbestimmten Fensters(F) liegt, ein Störungssignal auftritt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß im Kalibrierungszyklus der Lambda-Wert von einem Wert > 1 bis zu einem Wert unter 1 durchfahren wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß im Kalibrierungszyklus der Lambda-Wert > 1 wenigstens so groß ist wie der einstellbare Lambda-Sollwert.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in jedem Kalibrierzyklus das Steuersignal(J) für ein Gasmagnetventil(3') zunächst auf einen für eine Vorerhitzung der Ionisationselektrode(4) geeigneten Wert gebracht wird und danach das Steuersignal(J) erhöht wird, bis der Maximalwert des Ionisationssignals(Ui) durchfahren ist und der sich ergebende Wert zur Kalibrierung ausgewertet wird.
  7. Schaltung zur Regelung eines Gasbrenners, insbesondere Gasgebläsebrenners mit einer Meßelektrode, insbesondere Ionisations-Elektrode, die eine der Verbrennungstemperatur (Lambda-Wert) entsprechende elektrische Meßgröße (Ionisationssignal) an die Regelschaltung legt, wobei in der Regelschaltung ein Vergleicher die jeweilige elektrische Meßgröße (Ionisationssignal) mit einem Sollwertgeber vergleicht und das Gas-Luft-Verhältnis auf einen Lambda-Sollwert regelt,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein Umschalter(13) die Regelung unterbricht und ein Rampengenerator(22) das Gas-Luft-Verhältnis von einem Lambda-Wert > 1 ausgehend reduziert, wobei die elektrische Meßgröße(U) eine Kurve (I,II,III) durchläuft, und daß eine Erkennungs- und Speicherschaltung(23,24) den Wert der Meßgröße im Maximum (A,B,C) der Kurve(I,II,III) erfaßt und speichert und den Sollwertgeber(11) auf diesen Wert als Grundwert justiert.
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