EP3290796B1 - Method for controlling a fuel/air ratio in a heating system and a control unit and a heating system - Google Patents

Method for controlling a fuel/air ratio in a heating system and a control unit and a heating system Download PDF

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EP3290796B1
EP3290796B1 EP17185688.3A EP17185688A EP3290796B1 EP 3290796 B1 EP3290796 B1 EP 3290796B1 EP 17185688 A EP17185688 A EP 17185688A EP 3290796 B1 EP3290796 B1 EP 3290796B1
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EP
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fuel
heating system
fluid supply
combustion
air ratio
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Jan Koudijs
Jan Westra
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23N1/00Regulating fuel supply
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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    • F23N5/02Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/12Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F23N5/123Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods using electronic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00Ignition or checking
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    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2233/00Ventilators
    • F23N2233/06Ventilators at the air intake
    • F23N2233/08Ventilators at the air intake with variable speed

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a fuel-air ratio in a heating system.
  • the invention also relates to a control unit which is designed to carry out the method according to the invention and to a heating system with the control unit according to the invention.
  • Heating system is understood to mean at least one device for generating thermal energy, in particular a heating device or heating burner, in particular for use in a building heating system and / or for generating hot water, preferably by burning a gaseous or liquid fuel.
  • a heating system can also consist of several such devices for generating thermal energy and other devices that support heating, such as hot water and fuel storage tanks.
  • a "fluid supply parameter" is to be understood in particular as a scalar parameter which is correlated in particular with at least one fluid, in particular a combustion air flow, a fuel flow and / or a mixed flow, in particular consisting of a combustion air and the fuel, that is fed to a burner unit of the heating system .
  • a volume flow and / or a mass flow of the at least one fluid can be inferred and / or the volume flow and / or the mass flow of the at least one fluid can be determined, in particular by a control and / or regulating unit of the heating system, at least on the basis of the fluid supply parameter.
  • An example of a fluid supply parameter is the specification of an opening width of a fuel valve.
  • a “temporary, temporal fluid supply change” is to be understood as a temporally limited variation of the fluid supply parameter so that it deviates from a largely constant value of the fluid supply parameter before the fluid supply change begins.
  • the fluid supply parameter is preferably initially increased or decreased over the period of the fluid supply change and then to the largely constant value of Fluid supply parameter regulated before the beginning of the fluid supply change.
  • the duration of the fluid supply change is preferably pulse-like and short compared to the time variations of the fluid supply parameter that occur during normal operation of the heating system.
  • a “pulse”, a “pulse-like change” or a “pulse-shaped signal” is to be understood as a characteristic of a characteristic which is brought from a first value to at least a second value different from the first value within a limited period of time.
  • a “pulse” is sometimes referred to as an "impulse", especially in electrical engineering.
  • combustion parameter is to be understood in particular as a scalar parameter which is correlated in particular with a combustion, in particular of the mixture, in particular of the combustion air and the fuel.
  • An example of a combustion parameter is an ionization current, which is measured on a flame of the heating system.
  • the presence and / or quality of the combustion can be inferred and / or the presence and / or the quality of the combustion can be determined.
  • the combustion parameter advantageously corresponds to at least one or exactly one measured value that depicts and / or characterizes the combustion, or the combustion parameter can be clearly assigned to such a measured value.
  • Examples of a measured value depicting and / or characterizing the combustion are a combustion signal, in particular a light intensity, a pollutant emission, a temperature and / or advantageously an ionization signal.
  • a “relative signal maximum” is the maximum amplitude of the combustion parameter in a correlated with the change in the fluid supply parameter over time To understand period of time minus the largely constant amplitude of the combustion parameter before this period or the amplitude of the combustion parameter at the beginning of this period. The relative signal maximum is in particular a measure of the change in the combustion parameter due to the change in fluid supply.
  • faulty condition is meant a condition of the heating system in which it cannot operate as intended. This includes defects and malfunctions as well as sub-optimal operation. Examples of malfunctions and defects are a not fully functional fan or suddenly occurring or slowly progressing blockages in the flow path of a fuel-air mixture. Causes of such blockages are, for example, wind, dirt, deposits or corrosion. Examples of non-optimal operation are over- or under-loading of the heating system or non-optimal combustion in a combustion chamber of the heating system, for example due to incorrectly set operating parameters and / or incorrectly set sensors for determining the fuel-air ratio.
  • An "attempt" to determine a relative signal maximum of a time change of at least one combustion parameter correlated with the change in fluid supply over time is to be understood as a method step in which a relative signal maximum of a time change of at least one combustion parameter that is correlated with the change in fluid supply over time is measured or is detected.
  • different following steps can optionally be selected in the further course of the method, if this is necessary and / or desired.
  • “Calibrating the heating system” means the one-time or repeated, in particular periodic, setting of operating parameters of the heating system so that the heating system can always fully meet the specified and / or requested performance, especially under changing internal and external conditions, especially with wear processes and changing boundary and environmental conditions.
  • "Operating parameters” are to be understood as parameters that are used by the control of the heating system to control and monitor processes taking place in the heating system. Examples of “operating parameters” are a fan speed or a fan speed characteristic or a flame ionization characteristic.
  • calibrting the heating system is to be understood in particular as a calibration process in which the sensor system for measuring the fuel-air ratio is readjusted.
  • “Burner output parameter” should be understood to mean, in particular, a scalar parameter which is correlated with an output, in particular heating output, of the heating system.
  • the power, in particular the heating power, of the heating system can advantageously be determined, in particular by the control and / or regulating unit of the heating system, at least on the basis of the burner power parameter.
  • the burner output parameter advantageously corresponds to at least one or exactly one measured value representing the output or can be clearly assigned to such a measured value.
  • Such a measured value can be, for example, a temperature, an air flow rate, a fan control signal or a fan speed.
  • the correlation between the at least one combustion parameter and the fuel-air ratio is taken into account at a further point in the method. In this way, detection of a fault condition is further improved. Overall, this improves the reliability of the method.
  • this additional fluid supply change largely opposing the fluid supply change, this has the advantage that the minimal increase in burner output and pollutant emissions caused by the fluid supply change is compensated.
  • a “largely opposite additional fluid supply change” is to be understood as a fluid supply change in which the fluid supply parameter is varied over time in such a way that the change in an average fluid supply rate caused by the fluid supply change is compensated.
  • an average amount of fluid supplied over the period of the fluid supply change and the additional fluid supply change largely corresponds to an average supplied fluid amount in an equally long period of time during the intended operation of the heating system without changes in the fluid supply rate shortly before the fluid supply changes are carried out.
  • the additional Fluid supply change implemented by a largely rectangular pulse with largely the same signal width and a relative signal level, the magnitude of which largely corresponds to the relative signal level of the first largely rectangular pulse of the fluid supply change and is negative.
  • “largely rectangular shape of the fluid supply change” is to be understood as a time course of the fluid supply parameter in which the fluid supply parameter initially has a normal value. The fluid supply parameter is then quickly increased to a largely constant maximum supply value. The fluid supply parameter is then quickly reduced to the normal value. This time course of the fluid supply parameter has the shape of a rectangular function to a good approximation. Such a time course of the fluid supply parameter is usually referred to as a square-wave signal.
  • the fluid supply parameter corresponds to a control signal for metering a fuel and / or the combustion air and / or a mixture of a fuel and combustion air
  • the at least one combustion parameter is determined by an ionization current measurement on a flame of the heating system, this is particularly advantageous since there is a functional relationship between the ionization current on a flame and the fuel-air ratio, which can be evaluated particularly favorably.
  • the method is further improved when the burner output parameter is a fan speed or depends on it and / or a mass flow of combustion air and / or a mixture of a fuel and Combustion air is or depends on it and / or a volume flow of a combustion air and / or a mixture of a fuel and combustion air is or depends on this and / or a running time of a combustion air and / or a mixture of a fuel and combustion air is or depends on this .
  • the fan speed can be determined easily and reliably and provides a good estimate of the burner output.
  • a mass flow and / or a volume flow of a combustion air and / or a mixture of a fuel and combustion air allow a particularly precise estimation of the burner output.
  • a running time of a combustion air and / or a mixture of a fuel and combustion air can be determined particularly simply and inexpensively.
  • largely rectangular shape of the fluid supply change is to be understood as a time course of the fluid supply parameter in which the fluid supply parameter initially has a normal value. The fluid supply parameter is then quickly increased to a largely constant maximum supply value. The fluid supply parameter is then quickly reduced to the normal value.
  • This time course of the fluid supply parameter has the shape of a rectangular function to a good approximation.
  • Such a time course of the fluid supply parameter is usually referred to as a square-wave signal.
  • control unit for a heating system the control unit being set up to carry out the method according to the invention for checking a fuel-air ratio in a heating system, has the advantage that, by largely preventing an incorrect Adjusting the fuel-air ratio increases the durability of the heating system, prevents malfunctions and thus increases safety. In addition, the avoidance of unnecessary calibration processes reduces the wear and tear on the heating system.
  • a heating system with a control unit according to the invention with a metering device for a fuel and / or for combustion air and / or for a mixture of a fuel and combustion air, as well as with an ionization probe on a flame and with a fan with variable fan speed has the advantage that in Operation of the heating system an incorrect setting of the fuel-air ratio is largely prevented. In this way, unforeseen, heavy loads on the heating system due to, for example, too high burner temperatures and / or too high fan speeds and / or too high soot emissions and / or too strong vibrations are avoided. This enables the heating system to be manufactured inexpensively. In addition, the fuel consumption is reduced and the service life of the heating system is increased or the time interval between the required inspection intervals is reduced.
  • the heating system has at least one metering device for a fuel and / or for combustion air and / or for a mixture of a fuel and combustion air, a change in a fluid supply parameter over time can thus be generated particularly easily.
  • a "metering device” is to be understood as meaning, in particular, an, in particular electrical and / or electronic, unit, in particular actuator unit, advantageously actuating unit, which is provided to feed the at least one fluid, in particular the combustion air flow, the fuel flow and / or the mixture flow in particular from the combustion air and the fuel.
  • there is at least one doser for this provided to set, regulate and / or promote a volume flow and / or a mass flow, in particular the combustion air and / or the fuel.
  • the metering device for combustion air can advantageously be designed as a fan, in particular with a variable speed, and / or preferably as a blower, in particular with a variable speed.
  • the metering device for fuel can advantageously be designed as a, in particular throughput variable, fuel pump and / or preferably as, in particular throughput variable, fuel valve.
  • the metering device for combustion air and / or the metering device for fuel are provided to modulate a heating output of the heater device.
  • the heating system has an ionization probe on the flame of the heater, a particularly inexpensive and reliable sensor for measuring a combustion scan is implemented.
  • Ionization detectors are usually used in heating devices for flame detection.
  • the heating system has a fan with a variable fan speed, a simple and robust means for setting and determining the output of the heater is implemented in this way.
  • a heater 10 is shown schematically, which is arranged on a memory 12 in the exemplary embodiment.
  • the heater 10 has a housing 14 which accommodates different components depending on the level of equipment.
  • the essential components are a heat cell 16, a control unit 18, one or more pumps 20 as well as piping 22, cables or bus lines 24 and holding means 26 in the heater 10.
  • the number and complexity of the individual components also depends on the degree of equipment of the heater 10.
  • the heat cell 16 has a burner 28, a heat exchanger 30, a fan 32, a metering device 34 and an air supply system 36, an exhaust system 38 and, when the heat cell 16 is in operation, a flame 40. Into the flame An ionization probe 42 protrudes 40.
  • the metering device 34 is designed as a fuel valve 44.
  • a fan speed 79 of the fan 32 is variably adjustable.
  • the heating device 10 and the memory 12 together form a heating system 46.
  • the control unit 18 has a data memory 48, a computing unit 50 and a communication interface 52. The components of the heating system 46 can be controlled via the communication interface 52.
  • the communication interface 52 enables data to be exchanged with external devices. External devices are, for example, control devices, thermostats and / or devices with computer functionality, for example smartphones.
  • Figure 1 shows a heating system 46 with a control unit 18.
  • the control unit 18 is located outside the housing 14 of the heater 10.
  • the external control unit 18 is designed in special variants as a room controller for the heating system 46.
  • the control unit 18 is mobile.
  • the external control unit 18 has a communication link to the heating device 10 and / or other components of the heating system 46.
  • the communication connection can be wired and / or wireless, preferably a radio connection, particularly preferably via WLAN, Z-Wave, Bluetooth and / or ZigBee.
  • the control unit 18 can consist of several components, in particular components that are not physically connected.
  • At least one or more components of the control unit 18 can be partially or entirely in the form of software that is executed on internal or external devices, in particular on mobile computing units, for example smartphones and tablets, or servers, in particular a cloud.
  • the communication links are then corresponding software interfaces.
  • a fluid supply change 60 over time of a fluid supply parameter 62 is generated in a step 58.
  • the fluid supply parameter 62 is an intended opening width 64 of the metering device 34.
  • the opening width 64 is a percentage, with an opening width 64 of 0% corresponding to a completely closed fuel valve 44 and an opening width 64 of 100% describing a completely open fuel valve 44.
  • a relationship between the opening width 64 and a control signal required for this is stored in the control unit 18.
  • the intended opening width 64 is implemented by selecting the control signal and transmitting this control signal to the fuel valve 44 by the control unit 18.
  • the opening width 64 describes a request which is transmitted to the fuel valve 44.
  • the fluid supply change 60 is shown in FIG Figure 3 pictured.
  • the first axis of abscissa 66 represents a time.
  • the fluid supply parameter 62 is shown on the axis of ordinate 68.
  • the fluid supply change 60 runs in a largely rectangular pulse. Initially, the fluid supply parameter 62 has a normal supply value 70. Then the opening width 64 is increased to a maximum supply value 72 as quickly as possible. Thereafter, the opening width 64 is reduced to the normal supply value 70 as quickly as possible.
  • pulse height 74 is 15%.
  • One in Figure 3 the pulse width 76 shown is 120 ms.
  • the fluid supply change 60 is dependent on a burner output parameter 77.
  • the burner output parameter 77 is a fan speed 79.
  • the fan speed 79 is a characteristic value determined by the control unit 18, which determines a fan control signal.
  • the fan control signal is sent from the control unit 18 to the fan 32 and determines a speed of the fan 32.
  • the pulse height 74 increases linearly with the fan speed 79. Between a minimal Fan speed and a maximum fan speed, the pulse height assumes 74 values in an interval between 10% and 20%.
  • the pulse width 76 increases linearly with the fan speed 79. Between a minimum fan speed and a maximum fan speed, the pulse width assumes 76 values in an interval between 50 ms and 200 ms.
  • the combustion parameter 78 is an ionization current 82.
  • the ionization current 82 is determined by the ionization probe 42 on the flame 40 and transmitted to the control unit 18. After the fluid supply change 60, the time profile of the ionization current 82 has the relative signal maximum 80.
  • the relative signal maximum 80 is determined from the difference between the absolute signal maximum 84 and the ionization current normal value 86 (see FIG Figure 3 ).
  • the normal ionization current value 86 is determined in the exemplary embodiment in which the mean ionization current 82 measured over the pulse width 76 is determined.
  • the relative signal maximum 80 is determined in that the ionization current 82 is measured over a determination time.
  • the largest value of the ionization current 82 occurring within the determination time is selected as the absolute signal maximum 84.
  • the determination time has the length of a time threshold 88 stored in the control unit 18.
  • the determination time begins at a first point in time 90 and ends at a second point in time 92 (see FIG Figure 3 ).
  • the time threshold 88 is 2 seconds. In variants, a time threshold 88 between 1 second and 5 seconds is selected.
  • a fault state 96 is determined if the relative signal maximum 80 falls below a signal lower limit 98.
  • the lower signal limit 98 is a constant stored in the control unit 18.
  • the control unit 18 compares the relative signal maximum 80 with the signal lower limit 98. If the relative signal maximum 80 is less than the signal lower limit 98, an error state 96 is determined in which an error variable is set to the value 1.
  • the method 54 continues on path A (see FIG Figure 2 ). If the relative signal maximum 80 is greater than or equal to the lower signal limit 98, the error variable is set to the value 0 and the iteration of the method 54 is ended (path B in Figure 2 ).
  • step 100 the heating system 46 is calibrated.
  • the heating system 46 is run in a special operating mode in which the sensors and analytics, in particular the ionization probe 42 and the characteristic curves stored in the control unit 18 based on the ionization current 82, are reset and adjusted. In this way, the determination of the fuel-air ratio 56 is made more precise. If necessary, when calibrating the heating system 46 in step 100, the heating system 46 or the processes and / or methods running on the heating system 46 are at least partially reinitialized or restarted.
  • step 75 If no relative signal maximum 80 is determined in step 75, the method is continued on path D (see FIG Figure 2 ). In a step 101 a fault condition 96 is determined. The error variable is set to the value 1. The method 54 continues with step 100 and the heating system 46 is calibrated.
  • FIG. 9 shows a fluid supply change 60 following the change in the combustion parameter 78, which changes to the next iteration of the method 54 belongs.
  • a time interval between the iterations of the method 54 is selected depending on the operating state of the heating system 46 and on the external conditions. In the exemplary embodiment, the time interval is between 1 second and 20 seconds, preferably 2 seconds.
  • a fault status counter is stored in the control unit 18.
  • the deficiency counter is a variable which stores the number of defective conditions 96 detected in a specific time interval. If the defective state counter exceeds a critical defective state limit stored in the control unit 18, the heating system 46 is shut down for safety reasons. The defective state counter is decreased after the method 54 has been carried out without a defective state 96 being determined. In the exemplary embodiment, the heating system 46 is shut down after seven immediately successive determinations of a fault state 96.
  • the Figures 4 and 5 illustrate the principle of operation of the method 54.
  • a time is shown on a second abscissa axis 67.
  • the ionization current 82 is plotted on the ordinate axis 68.
  • the graphs of the ionization current 82 each show changes over time in the ionization current 82 which occur due to a change in fluid supply 60 over time in different measurements 102, 104, 106, 108 and 110.
  • the measurements are carried out at a constant fan speed 79.
  • Each of the measurements is carried out at a different fuel-air ratio 56 (marked in Figure 5 ).
  • the fuel-air ratio 56 is calculated from an amount of air divided by an amount of fuel.
  • Figure 5 illustrates the relationship between the ionization current 82 and the fuel-air ratio 56 at a constant fan speed 79.
  • the ionization current 82 is plotted on the ordinate axis 68.
  • the fuel-air ratio 56 is shown on a third abscissa axis 69.
  • the course of the ionization current 82 has an ionization current maximum 112 at a fuel-air ratio 56 of 1 (measurement 104). With an increase or decrease in the fuel-air ratio 56 starting from the ionization current maximum 112, the ionization current 82 decreases, the magnitude of the slope increasing steadily.
  • the heating system 46 is preferably operated with a fuel-air ratio 56 of 1.3 (measurement 108), that is to say with an excess of air.
  • the method 54 ensures that the heating system 46 is operated with excess air. If the fuel-air ratio 56 is less than 1 or if the fuel-air ratio 56 is too close to the value 1, a fault condition 96 is determined.
  • the fuel-air ratio 56 Due to the change in fluid supply 60, the fuel-air ratio 56 is reduced for a short time. If the fuel-air ratio 56 has the value 0.85 (measurement 102), the change in fluid supply 60 causes the ionization current 82 to decrease (see FIG Figure 4 ). The relative signal maximum 80 is thus largely 0. The signal falls below the lower limit 98 and a fault state 96 is determined. If the fuel-air ratio 56 has the value one (measurement 104), the change in fluid supply 60 causes the ionization current 82 to decrease slightly, since in this area the slope of the graph of the ionization current 82 is approximately 0 and changes only slightly. In measurement 106, the fuel-air ratio 56 has the value 1.15. There is an excess of air which is not sufficiently large.
  • the change in fluid supply 60 causes the ionization current 82 to rise.
  • the relative signal maximum 80 is below the lower signal limit 98, since the amount of the slope of the graph of the ionization current 82 in the area of the fuel-air ratio 56 of the measurement 106 is too low. In measurements 108 and 110, the fuel-air ratio 56 is 1.3 and 1.45, respectively. The excess air is sufficient in each case.
  • the magnitude of the slope of the graph of the ionization current 82 is sufficiently large in the areas of measurements 108 and 110.
  • the fluid supply change 60 causes an increase in each case of the ionization current 82.
  • the relative signal maximum 80 is in each case greater than the lower signal limit 98. In the measurements 108 and 110, no fault condition 96 is found.
  • the relative signal maximum 80 is determined between the first point in time 90 and the second point in time 92.
  • the time threshold 88 is selected with the aid of laboratory tests in such a way that under all operating states and boundary conditions, in particular at all fan speeds 79, the position of the maximum of the ionization current 82 is always between the first point in time 90 and the second point in time 92. In alternative variants with a smaller time threshold 88, the maximum of the ionization current 82 can occur after the second point in time 92.
  • the relative signal maximum 80 determined in step 75 is then possibly smaller than the actual maximum of the ionization current 82, in particular with a low output of the heating system 46 or with low fan speeds 79. In preferred variants, this is achieved by a corresponding adaptation, in particular lowering the signal lower limit 98 , in particular as a function of the burner output parameter 77.
  • the change over time of at least one combustion parameter 78 is determined by detecting the occurrence of a pulse in the course of the at least one combustion parameter 78 over time.
  • the relative signal maximum 80 is determined as the maximum value of the detected pulse.
  • the control unit 18 checks whether, after the fluid supply change 60, the combustion parameter 78 increases beyond signal noise.
  • the relative signal maximum 80 is the maximum combustion parameter 78 in the time range in which the combustion parameter 78 increases beyond signal noise.
  • the detection of the pulse in the time course of the at least one combustion parameter 78 is ended if the determination time the time threshold exceeds 88 and no pulse could be detected. Then no relative signal maximum 80 can be determined and the method 54 is continued on the path D.
  • step 75 is ended as soon as the measured combustion parameter 78 exceeds the lower signal limit 98. Then the value of the relative signal maximum 80 is determined on the basis of the combustion parameter 78 which was last measured and which exceeded the lower signal limit 98. The process then continues with path C. If in step 75 the measured combustion parameter 78 does not reach the signal lower limit 98 within the time threshold 88, the method is continued with path C.
  • the time threshold 88 is a function of the burner output parameter 77.
  • the time threshold 88 is preferably increased when the output of the heating system 46 is reduced.
  • the lower signal limit 98 is selected as a function of the fan speed 79.
  • the control unit 18 determines a relative lower signal limit 114 (see FIG Figure 3 ).
  • the relative lower signal limit 114 is proportional to the negative fan speed 79. In this way, the higher signal noise of the ionization current 82 at low fan speeds 79 is taken into account.
  • the relative lower signal limit 114 is 1 ⁇ A for the maximum fan speed 79 and 10 ⁇ A for the minimum fan speed 79.
  • a relative lower signal limit 114 between 3 ⁇ A and 7 ⁇ A is selected in control mode.
  • the signal lower limit 98 is determined from the sum of the relative signal lower limit 114 and the ionization current normal value 86.
  • the ionization current normal value 86 increases during regular operation of the heating system 46 Values between 10 ⁇ A and 100 ⁇ A, especially between 30 ⁇ A and 60 ⁇ A.
  • the choice of the dependence of the lower signal limit 98 on the fan speed 79 or the burner output parameter 77 is based on the technical properties of the heating system 46, in particular the dependence of the signal noise of the ionization current 82 or the combustion parameter 78 on the burner output parameter 77.
  • the relative lower signal limit 114 is constant.
  • the relative lower signal limit is proportional to the burner power parameter 77.
  • the functional dependence of the relative lower signal limit 114 on the burner power parameter 77 is largely proportional to the functional dependence of a strength of the signal noise of the ionization current 82 on the burner power parameter 77.
  • an additional fluid supply change 118 is generated in an additional step 116.
  • the additional fluid supply change 118 is largely opposite to the fluid supply change 60.
  • the mean fluid supply parameter 62 over a period of the fluid supply change 60 and the additional fluid supply change 118 largely corresponds to the normal supply value 70.
  • the graph of the time course of the fluid supply parameter 62 of the additional fluid supply change 118 resembles the graph of the normal supply value 70 mirrored and shifted over time Temporal course of the fluid supply parameter 62 of the fluid supply change 60.
  • step 116 can be carried out at any point in method 54.
  • step 116 is carried out after step 75 and before step 94 on path C or after step 75 and before step 101 on path D.
  • the step 116 is positioned such that the additional fluid supply change 118 corresponds to the fluid supply change 60 correlated change in the combustion parameter 78 is not influenced.
  • Step 116 is preferably carried out after step 58, particularly preferably after step 75.
  • the fluid supply parameter 62 is an opening width 64 of the fuel valve 44. Using the provided opening width 64, the control unit 18 determines and transmits a control signal to the fuel valve 44.
  • the fluid supply parameter 62 is a control signal to the fuel valve 44 or a scalar value that can be derived from the control signal.
  • the fluid supply parameter 62 corresponds to a control signal for metering a combustion air and / or a mixture of a fuel and a combustion air.
  • the control signal sent by the control unit 18 is composed of at least one control command to at least one metering device 34.
  • the at least one metering device 34 is at least one fuel valve 44 and / or at least one blower 32.
  • a metering value of the metering device 34 is measured and used as the fluid supply parameter 62.
  • Dosage value is to be understood as a characteristic value which describes the state of the dosing device 34 and which allows conclusions to be drawn about the amount of substance supplied and / or allowed through by the dosing device 34.
  • An example of a dosage value is a measured opening width of the fuel valve 44 and / or a measured fuel flow.
  • the combustion parameter 78 is an ionization current 82.
  • the ionization current 82 is determined by an ionization current measurement on a flame 40 of the heating system 46.
  • the ionization current 82 is determined by the ionization probe 42 and transmitted to the control unit 18.
  • the combustion parameter 78 is one Light intensity, a lambda value, pollutant emissions and / or a temperature.
  • the light intensity at the flame 40 is determined by a photodiode.
  • the lambda value is measured with a lambda probe in an exhaust gas.
  • the exhaust system 38 has the lambda probe.
  • the pollutant emission is determined by a sensor device which is located on the flame 40 and / or in the exhaust system 38.
  • the temperature is determined by a contact thermometer and / or a non-contact thermometer, in particular a pyrometer. The thermometer can be located in the exhaust system 38 and / or measure the flame 40.
  • the burner output parameter 77 is the fan speed 79.
  • the fan speed 79 is a characteristic value determined by the control unit 18, which determines a fan control signal.
  • the burner output parameter 77 is a measured fan speed and / or a temperature and / or an air flow rate and / or a flow rate of the air-fuel mixture.
  • the air flow rate or the flow rate of the air-fuel mixture can be determined as a volume flow or as a mass flow.
  • the burner output parameter 77 is a running time of a combustion air and / or a mixture of a fuel and combustion air.
  • a running time is determined as the time difference between the fluid supply change 60 and the time change in the combustion parameter 78 correlated with the fluid supply change 60.
  • the running time corresponds to the time which the mixture of fuel and combustion air needs to get from the fuel valve 44 to the ionization probe 42.
  • the running time is a measure of the flow rate of the air-fuel mixture.
  • the fluid supply change 60 has a largely rectangular shape. In alternative embodiments, the fluid supply change 60 has largely the shape of a ramp and / or largely a triangular shape and / or largely the shape of a sinus and / or largely a Gaussian shape.
  • the change in a concentration of the fuel in the burner 28 resulting from the fluid supply change 60 generally has a different form than the fluid supply change 60.
  • the fluid supply change 60 depends on the burner output parameter 77.
  • the pulse height 74 and pulse width 76 each depend linearly on the fan speed 79. In this way, it is ensured that the heating system 46 is not disturbed too much in its regular operation by the fluid supply change 60.
  • the fluid supply change 60 has a functional relationship with the burner output parameter 77.
  • the functional relationship is selected so that good detection of the relative signal maximum 80 is possible, taking into account the technical properties of the heating system 46. If, for example, resonances occur at certain fan speeds 79, which increase the signal noise of the ionization stream 82, then at these fan speeds 79 the fluid supply change 60 is increased.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle eines Brennstoff-Luft-Verhältnisses in einem Heizsystem. Die Erfindung betrifft auch eine Steuereinheit, die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist sowie ein Heizsystem mit der erfindungsgemäßen Steuereinheit.The invention relates to a method for controlling a fuel-air ratio in a heating system. The invention also relates to a control unit which is designed to carry out the method according to the invention and to a heating system with the control unit according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Um eine optimale Verbrennung zu gewährleisten, ist es bei dem Betrieb von Gasbrennern notwendig, das richtige Brennstoff-Luft-Verhältnis sicherzustellen. Dazu muss die korrekte Funktionsweise der für die Bestimmung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses eingesetzten Sensorik gewährleistet sein. Aus dem Stand der Technik sind Gasbrenner bekannt, welche dazu Verfahren zur Kalibrierung der entsprechenden Sensorik ausführen. In solchen Kalibrierverfahren wird der Gasbrenner weitgehend über seinen gesamten Leistungsbereich gefahren. Das hat den Nachteil, dass während einer solchen Kalibrierung verstärkt Schadstoffe ausgestoßen werden können. Die Dauer einer solchen Kalibrierung liegt im Bereich von mehreren Sekunden bis hin zu Minuten. Das hat den zusätzlichen Nachteil, dass in dieser Zeit der Gasbrenner für den normalen Betrieb nicht zur Verfügung steht. Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wird in der Druckschrift DE102010055567A1 offenbart.In order to ensure optimal combustion, it is necessary to ensure the correct fuel-air ratio when operating gas burners. For this, the correct functioning of the sensors used to determine the fuel-air ratio must be guaranteed. Gas burners are known from the prior art, which for this purpose execute methods for calibrating the corresponding sensors. In such calibration procedures, the gas burner is largely operated over its entire power range. This has the disadvantage that more pollutants can be emitted during such a calibration. The duration of such a calibration is in the range from several seconds to minutes. This has the additional disadvantage that the gas burner is not available for normal operation during this time. A method according to the preamble of claim 1 is described in the document DE102010055567A1 disclosed.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention Vorteilebenefits

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kontrolle und Regelung eines Brennstoff-Luft-Verhältnisses in einem Heizsystem, welches die folgenden Schritte umfasst:

  • Erzeugen einer vorübergehenden, zeitlichen Fluidzufuhränderung einer Fluidzufuhrkenngröße,
  • Versuch, ein relatives Signalmaximum einer mit der zeitlichen Fluidzufuhränderung korrelierten zeitlichen Änderung von mindestens einer Verbrennungskenngröße zu ermitteln,
  • Feststellung eines Fehlzustandes, falls das relative Signalmaximum eine Signaluntergrenze unterschreitet, falls ein relatives Signalmaximum ermittelt wurde,
  • Kalibrieren des Heizsystems, falls ein Fehlzustand festgestellt wird,
und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Fluidzufuhränderung abhängig von einem Brennerleistungsparameter gewählt wird, hat den Vorteil, dass das tatsächliche Brennstoff-Luft-Verhältnis weitestgehend ohne zusätzliche Emissionen überprüft wird. Das Brennstoff-Luft-Verhältnis wird auch als Lambdawert bezeichnet. Nur bei einer Abweichung vom vorgesehenen Brennstoff-Luft-Verhältnis wird das Heizsystem geregelt. Auf diese Weise wird der Schadstoffausstoß minimiert. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den zusätzlichen Vorteil, dass es während des normalen Betriebs des Heizsystems ausgeführt werden kann. Das Verfahren stellt nur einen kurzzeitigen Eingriff in die Regelung des Heizsystems dar, bei dem nur kleine Fluidzufuhränderungen vorgenommen werden im Vergleich zu möglichen gesamten Fluidzufuhränderungen im Betrieb des Heizsystems. Dass die Fluidzufuhränderung abhängig von einem Brennerleistungsparameter gewählt wird, hat den Vorteil, dass die im Allgemeinen von einer Brennerleistung abhängende Korrelation zwischen der mindestens einen Verbrennungskenngröße und dem Brennstoff-Luft-Verhältnis berücksichtigt wird. Auf diese Weise wird eine präzise und besonders zuverlässige Feststellung eines Fehlzustandes ermöglicht.The method according to the invention for controlling and regulating a fuel-air ratio in a heating system, which comprises the following steps:
  • Generating a temporary, temporal fluid supply change of a fluid supply parameter,
  • Attempt to determine a relative signal maximum of a time change of at least one combustion parameter that is correlated with the change in fluid supply over time,
  • Detection of a fault condition if the relative signal maximum falls below a signal lower limit, if a relative signal maximum has been determined,
  • Calibrating the heating system if a fault condition is detected,
and characterized in that the change in fluid supply is selected as a function of a burner output parameter, has the advantage that the actual fuel-air ratio is checked as far as possible without additional emissions. The fuel-air ratio is also known as the lambda value. The heating system is only regulated if there is a deviation from the intended fuel-air ratio. In this way, pollutant emissions are minimized. The method according to the invention has the additional advantage that it can be carried out during normal operation of the heating system. The method represents only a short-term intervention in the regulation of the heating system, in which only small fluid supply changes are made compared to possible total fluid supply changes during operation of the heating system. The fact that the change in fluid supply is selected as a function of a burner output parameter has the advantage that the correlation, which generally depends on a burner output, between the at least one combustion parameter and the fuel-air ratio is taken into account becomes. In this way, a precise and particularly reliable determination of a fault condition is made possible.

Dabei ist unter "Heizsystem" mindestens ein Gerät zur Erzeugung von Wärmeenergie zu verstehen, insbesondere ein Heizgerät bzw. Heizbrenner, insbesondere zur Verwendung in einer Gebäudeheizung und/oder zur Warmwassererzeugung, bevorzugt durch das Verbrennen von einem gasförmigen oder flüssigen Brennstoff. Ein Heizsystem kann auch aus mehreren solchen Geräten zur Erzeugung von Wärmeenergie sowie weiteren, den Heizbetrieb unterstützenden Vorrichtungen, wie etwa Warmwasser- und Brennstoffspeichern, bestehen."Heating system" is understood to mean at least one device for generating thermal energy, in particular a heating device or heating burner, in particular for use in a building heating system and / or for generating hot water, preferably by burning a gaseous or liquid fuel. A heating system can also consist of several such devices for generating thermal energy and other devices that support heating, such as hot water and fuel storage tanks.

Unter einer "Fluidzufuhrkenngröße" soll insbesondere eine skalare Kenngröße verstanden werden, welche insbesondere mit zumindest einem, insbesondere einer Brennereinheit des Heizsystems zugeführten, Fluid, insbesondere einem Verbrennungsluftstrom, einem Brennstoffstrom und/oder einem Gemischstrom, insbesondere aus einer Verbrennungsluft und dem Brennstoff, korreliert ist. Vorteilhaft kann, insbesondere durch eine Steuer- und/oder Regeleinheit des Heizsystems, wenigstens anhand der Fluidzufuhrkenngröße auf einen Volumenstrom und/oder einen Massenstrom des zumindest einen Fluids geschlossen werden und/oder der Volumenstrom und/oder der Massenstrom des zumindest einen Fluids ermittelt werden. Ein Beispiel für eine Fluidzufuhrkenngröße ist die Angabe einer Öffnungsweite eines Brennstoffventils. Unter einer "vorübergehenden, zeitlichen Fluidzufuhränderung" soll eine zeitlich beschränkte Variation der Fluidzufuhrkenngröße verstanden werden, sodass diese von einem weitestgehend konstanten Wert der Fluidzufuhrkenngröße vor Beginn der Fluidzufuhränderung abweicht. Bevorzugt wird die Fluidzufuhrkenngröße über den Zeitraum der Fluidzufuhränderung zunächst vergrößert oder verkleinert und anschließend auf den weitestgehend konstanten Wert der Fluidzufuhrkenngröße vor Beginn der Fluidzufuhränderung geregelt. Bevorzugt ist die Zeitdauer der Fluidzufuhränderung pulsartig und kurz gegenüber den im üblichen Betrieb des Heizsystems auftretenden vorgesehenen zeitlichen Variationen der Fluidzufuhrkenngröße.A "fluid supply parameter" is to be understood in particular as a scalar parameter which is correlated in particular with at least one fluid, in particular a combustion air flow, a fuel flow and / or a mixed flow, in particular consisting of a combustion air and the fuel, that is fed to a burner unit of the heating system . Advantageously, a volume flow and / or a mass flow of the at least one fluid can be inferred and / or the volume flow and / or the mass flow of the at least one fluid can be determined, in particular by a control and / or regulating unit of the heating system, at least on the basis of the fluid supply parameter. An example of a fluid supply parameter is the specification of an opening width of a fuel valve. A “temporary, temporal fluid supply change” is to be understood as a temporally limited variation of the fluid supply parameter so that it deviates from a largely constant value of the fluid supply parameter before the fluid supply change begins. The fluid supply parameter is preferably initially increased or decreased over the period of the fluid supply change and then to the largely constant value of Fluid supply parameter regulated before the beginning of the fluid supply change. The duration of the fluid supply change is preferably pulse-like and short compared to the time variations of the fluid supply parameter that occur during normal operation of the heating system.

Dabei ist unter einem "Puls", einer "pulsartigen Änderung" oder einem "pulsförmigen Signal" ein Verlauf einer Kenngröße zu verstehen, welche von einem ersten Wert innerhalb einer beschränkten Zeitspanne auf mindestens einen zweiten, vom ersten Wert verschiedenen Wert, gebracht wird. Ein "Puls" wird manchmal auch als "Impuls" bezeichnet, insbesondere in der Elektrotechnik.A “pulse”, a “pulse-like change” or a “pulse-shaped signal” is to be understood as a characteristic of a characteristic which is brought from a first value to at least a second value different from the first value within a limited period of time. A "pulse" is sometimes referred to as an "impulse", especially in electrical engineering.

Unter einer "Verbrennungskenngröße" soll insbesondere eine skalare Kenngröße verstanden werden, welche insbesondere mit einer Verbrennung, insbesondere des Gemischs, insbesondere aus der Verbrennungsluft und dem Brennstoff, korreliert ist. Ein Beispiel für eine Verbrennungskenngröße ist ein lonisationsstrom, welcher an einer Flamme des Heizsystems gemessen wird. Vorteilhaft kann, insbesondere durch die Steuer- und/oder Regeleinheit des Heizsystems, wenigstens anhand der Verbrennungskenngröße auf ein Vorhandensein und/oder eine Güte der Verbrennung geschlossen werden und/oder das Vorhandensein und/oder die Güte der Verbrennung ermittelt werden. Vorteilhaft entspricht die Verbrennungskenngröße zumindest einem oder genau einem, die Verbrennung abbildenden und/oder charakterisierenden Messwert bzw. kann die Verbrennungskenngröße einem solchen Messwert eindeutig zugeordnet werden. Beispiele für einen die Verbrennung abbildenden und/oder charakterisierenden Messwert sind ein Verbrennungssignal, insbesondere einer Lichtintensität, ein Schadstoffausstoß, eine Temperatur und/oder vorteilhaft ein lonisationssignal. Unter einem "relativen Signalmaximum" ist die maximale Amplitude der Verbrennungskenngröße in einem mit der zeitlichen Änderung der Fluidzufuhrkenngröße korrelierten Zeitraum abzüglich der weitestgehend konstanten Amplitude der Verbrennungskenngröße vor diesem Zeitraum bzw. der Amplitude der Verbrennungskenngröße zu Beginn dieses Zeitraums zu verstehen. Das relative Signalmaximum ist insbesondere ein Maß für die Änderung der Verbrennungskenngröße aufgrund der Fluidzufuhränderung.A “combustion parameter” is to be understood in particular as a scalar parameter which is correlated in particular with a combustion, in particular of the mixture, in particular of the combustion air and the fuel. An example of a combustion parameter is an ionization current, which is measured on a flame of the heating system. Advantageously, in particular by the control and / or regulating unit of the heating system, at least based on the combustion parameter, the presence and / or quality of the combustion can be inferred and / or the presence and / or the quality of the combustion can be determined. The combustion parameter advantageously corresponds to at least one or exactly one measured value that depicts and / or characterizes the combustion, or the combustion parameter can be clearly assigned to such a measured value. Examples of a measured value depicting and / or characterizing the combustion are a combustion signal, in particular a light intensity, a pollutant emission, a temperature and / or advantageously an ionization signal. A “relative signal maximum” is the maximum amplitude of the combustion parameter in a correlated with the change in the fluid supply parameter over time To understand period of time minus the largely constant amplitude of the combustion parameter before this period or the amplitude of the combustion parameter at the beginning of this period. The relative signal maximum is in particular a measure of the change in the combustion parameter due to the change in fluid supply.

Unter "Fehlzustand" ist ein Zustand des Heizsystemsgemeint, in dem der Betrieb nicht im vorgesehen Rahmen möglich ist. Dazu gehören Defekte und Störungen sowie ein nicht optimaler Betrieb. Beispiele für Störungen und Defekte sind ein nicht voll funktionsfähiges Gebläse oder plötzlich eintretende oder langsam fortschreitende Verstopfungen im Strömungsweg einer Brennstoff-Luft-Mischung. Ursachen für solche Verstopfungen sind zum Beispiel Wind, Verschmutzungen, Ablagerungen oder Korrosion. Beispiele für einen nicht optimalen Betrieb sind eine Über- oder Unterbelastung des Heizsystems oder eine nicht optimale Verbrennung in einem Brennraum des Heizsystems, beispielsweise durch falsch eingestellte Betriebsparameter und/oder eine falsch eingestellte Sensorik zur Bestimmung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses.By "faulty condition" is meant a condition of the heating system in which it cannot operate as intended. This includes defects and malfunctions as well as sub-optimal operation. Examples of malfunctions and defects are a not fully functional fan or suddenly occurring or slowly progressing blockages in the flow path of a fuel-air mixture. Causes of such blockages are, for example, wind, dirt, deposits or corrosion. Examples of non-optimal operation are over- or under-loading of the heating system or non-optimal combustion in a combustion chamber of the heating system, for example due to incorrectly set operating parameters and / or incorrectly set sensors for determining the fuel-air ratio.

Unter einem "Versuch", ein relatives Signalmaximum einer mit der zeitlichen Fluidzufuhränderung korrelierten zeitlichen Änderung von mindestens einer Verbrennungskenngröße zu ermitteln, soll ein Verfahrensschritt verstanden werden, in welchem ein relatives Signalmaximum einer mit der zeitlichen Fluidzufuhränderung korrelierten zeitlichen Änderung von mindestens einer Verbrennungskenngröße gemessen bzw. festgestellt wird. Abhängig vom Ergebnis bzw. Wert des relativen Signalmaximums können im weiteren Verlauf des Verfahrens optional unterschiedliche folgende Schritte ausgewählt werden, falls das notwendig und/oder erwünscht ist.An "attempt" to determine a relative signal maximum of a time change of at least one combustion parameter correlated with the change in fluid supply over time is to be understood as a method step in which a relative signal maximum of a time change of at least one combustion parameter that is correlated with the change in fluid supply over time is measured or is detected. Depending on the result or value of the relative signal maximum, different following steps can optionally be selected in the further course of the method, if this is necessary and / or desired.

Unter "Kalibrieren des Heizsystems" ist das einmalige oder wiederholte, insbesondere periodische Einstellen von Betriebsparametern des Heizsystems gemeint, so dass das Heizsystem die spezifizierte und/oder angeforderte Leistunge im vollen Umfang stets erfüllen kann, insbesondere unter veränderlichen inneren und äußeren Bedingungen, insbesondere bei Verschleißprozessen und wechselnden Rand- und Umweltbedingungen. Dabei sind unter "Betriebsparameter" Parameter zu verstehen, die von der Steuerung des Heizsystems zum Steuern und Überwachen von im Heizsystem ablaufenden Prozessen verwendet werden. Beispiele für "Betriebsparameter" sind eine Gebläsedrehzahl bzw. eine Gebläsedrehzahlkennlinie oder eine Flammenionisationskennlinie. Somit ist unter "Kalibrieren des Heizsystems" insbesondere ein Kalibrierungsprozess zu verstehen bei welchem die Sensorik zur Messung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses neu eingestellt wird."Calibrating the heating system" means the one-time or repeated, in particular periodic, setting of operating parameters of the heating system so that the heating system can always fully meet the specified and / or requested performance, especially under changing internal and external conditions, especially with wear processes and changing boundary and environmental conditions. "Operating parameters" are to be understood as parameters that are used by the control of the heating system to control and monitor processes taking place in the heating system. Examples of "operating parameters" are a fan speed or a fan speed characteristic or a flame ionization characteristic. Thus, “calibrating the heating system” is to be understood in particular as a calibration process in which the sensor system for measuring the fuel-air ratio is readjusted.

Unter "Brennerleistungsparameter" soll insbesondere eine skalare Kenngröße verstanden werden, welche mit einer Leistung, insbesondere Heizleistung, des Heizsystems korreliert ist. Vorteilhaft kann, insbesondere durch die Steuer- und/oder Regeleinheit des Heizsystems, wenigstens anhand des Brennerleistungsparameters die Leistung, insbesondere Heizleistung, des Heizsystems ermittelt werden. Vorteilhaft entspricht der Brennerleistungsparameter mindestens einem oder genau einem, die Leistung abbildenden Messwert bzw. kann einem solchen Messwert eindeutig zugeordnet werden. Ein solcher Messwert kann beispielsweise eine Temperatur, eine Luftdurchflussmenge, ein Gebläsesteuersignal oder eine Gebläsedrehzahl sein.“Burner output parameter” should be understood to mean, in particular, a scalar parameter which is correlated with an output, in particular heating output, of the heating system. The power, in particular the heating power, of the heating system can advantageously be determined, in particular by the control and / or regulating unit of the heating system, at least on the basis of the burner power parameter. The burner output parameter advantageously corresponds to at least one or exactly one measured value representing the output or can be clearly assigned to such a measured value. Such a measured value can be, for example, a temperature, an air flow rate, a fan control signal or a fan speed.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach dem Hauptanspruch möglich.The features listed in the subclaims allow advantageous developments of the method according to the main claim.

Dadurch, dass ein Fehlzustand festgestellt wird, falls kein relatives Signalmaximum ermittelt wurde, wird das Verfahren besonders zuverlässig. Auf diese Weise werden insbesondere Fehlfunktion und/oder Defekte bei der Detektion der zeitlichen Änderung von mindestens einer Verbrennungskenngröße zeitnah berücksichtigt.The fact that a fault condition is determined if no relative signal maximum has been determined makes the method particularly reliable. In this way, malfunctions and / or defects in particular are taken into account promptly in the detection of the change over time in at least one combustion parameter.

Wird die Signaluntergrenze abhängig von dem Brennerleistungsparameter gewählt, so wird an einer weiteren Stelle des Verfahrens die Korrelation zwischen der mindestens einen Verbrennungskenngröße und dem Brennstoff-Luft-Verhältnis berücksichtigt. Auf diese Weise wird eine Detektion eines Fehlzustands weiter verbessert. Insgesamt verbessert sich so die Zuverlässigkeit des Verfahrens.If the lower signal limit is selected as a function of the burner output parameter, then the correlation between the at least one combustion parameter and the fuel-air ratio is taken into account at a further point in the method. In this way, detection of a fault condition is further improved. Overall, this improves the reliability of the method.

Wird in einem zusätzlichen Schritt eine vorübergehende zeitliche zusätzliche Fluidzufuhränderung erzeugt, wobei diese zusätzliche Fluidzufuhränderung der Fluidzufuhränderung weitgehend entgegengesetzt ist, hat dies den Vorteil, dass die durch die Fluidzufuhränderung verursachte minimale Erhöhung der Brennerleistung und Schadstoffemissionen ausgeglichen wird.If, in an additional step, a temporary additional fluid supply change is generated, this additional fluid supply change largely opposing the fluid supply change, this has the advantage that the minimal increase in burner output and pollutant emissions caused by the fluid supply change is compensated.

Dabei ist unter einer "weitgehend entgegengesetzten zusätzlichen Fluidzufuhränderung" eine Fluidzufuhränderung zu verstehen, bei welcher die Fluidzufuhrkenngröße zeitlich so variiert wird, dass die durch die Fluidzufuhränderung verursachte Änderung einer mittleren Fluidzufuhrrate ausgeglichen wird. Auf diese Weise entspricht eine im zeitlichen Mittel über den Zeitraum der Fluidzufuhränderung und der zusätzlichen Fluidzufuhränderung zugeführte Fluidmenge weitgehend einer mittleren zugeführten Fluidmenge in einem gleich langen Zeitraum während des vorgesehenen Betriebs der Heizanlage ohne Änderungen der Fluidzufuhrrate kurz vor der Durchführung der Fluidzufuhränderungen. Wird beispielsweise die Fluidzufuhränderung durch einen weitgehend rechteckigen Puls mit einer bestimmten positiven relativen Signalhöhe und einer bestimmten Signalbreite realisiert, so wird die zusätzliche Fluidzufuhränderung durch einen weitgehend rechteckigen Puls mit einer weitgehend gleichen Signalbreite und einer relativen Signalhöhe umgesetzt, welche vom Betrag weitgehend der relativen Signalhöhe des ersten weitgehend rechteckigen Pulses der Fluidzufuhränderung entspricht und negativ ist. Dabei ist unter "weitgehend rechteckige Form der Fluidzufuhränderung" ein zeitlicher Verlauf der Fluidzufuhrkenngröße zu verstehen, bei dem die Fluidzufuhrkenngröße zunächst einen Normalwert aufweist. Anschließend wird die Fluidzufuhrkenngröße schnell auf einen weitgehend konstanten Maximalzufuhrwert erhöht. Danach wird die Fluidzufuhrkenngröße schnell auf den Normalwert gesenkt. Dieser zeitliche Verlauf der Fluidzufuhrkenngröße hat in guter Näherung die Form einer Rechteckfunktion. Ein solcher zeitlicher Verlauf der Fluidzufuhrkenngröße wird üblicherweise als Rechtecksignal bezeichnet.A “largely opposite additional fluid supply change” is to be understood as a fluid supply change in which the fluid supply parameter is varied over time in such a way that the change in an average fluid supply rate caused by the fluid supply change is compensated. In this way, an average amount of fluid supplied over the period of the fluid supply change and the additional fluid supply change largely corresponds to an average supplied fluid amount in an equally long period of time during the intended operation of the heating system without changes in the fluid supply rate shortly before the fluid supply changes are carried out. If, for example, the fluid supply change is implemented by a largely rectangular pulse with a certain positive relative signal level and a certain signal width, the additional Fluid supply change implemented by a largely rectangular pulse with largely the same signal width and a relative signal level, the magnitude of which largely corresponds to the relative signal level of the first largely rectangular pulse of the fluid supply change and is negative. Here, “largely rectangular shape of the fluid supply change” is to be understood as a time course of the fluid supply parameter in which the fluid supply parameter initially has a normal value. The fluid supply parameter is then quickly increased to a largely constant maximum supply value. The fluid supply parameter is then quickly reduced to the normal value. This time course of the fluid supply parameter has the shape of a rectangular function to a good approximation. Such a time course of the fluid supply parameter is usually referred to as a square-wave signal.

Entspricht die Fluidzufuhrkenngröße einem Steuersignal zum Dosieren eines Brennstoffs und/oder der Verbrennungsluft und/oder einer Mischung aus einem Brennstoff und Verbrennungsluft, wird auf diese Weise keine Vermessung des Brennstoffs und oder der Verbrennungsluft und/oder einer Mischung aus einem Brennstoff und Verbrennungsluft bzw. eines Durchflusses dieser Fluide benötigt. Das vereinfacht das Verfahren und macht es robust gegenüber Fehlfunktionen.If the fluid supply parameter corresponds to a control signal for metering a fuel and / or the combustion air and / or a mixture of a fuel and combustion air, no measurement of the fuel and / or the combustion air and / or a mixture of a fuel and combustion air or a Flow rate of these fluids required. This simplifies the process and makes it robust against malfunctions.

Wird die mindestens eine Verbrennungskenngröße durch eine Ionisationsstrommessung an einer Flamme des Heizsystems bestimmt, ist das besonders vorteilhaft, da zwischen dem Ionisationsstrom an einer Flamme und dem Brennstoff-Luft-Verhältnis ein funktionaler Zusammenhang besteht, welcher besonders günstig auswertbar ist.If the at least one combustion parameter is determined by an ionization current measurement on a flame of the heating system, this is particularly advantageous since there is a functional relationship between the ionization current on a flame and the fuel-air ratio, which can be evaluated particularly favorably.

Das Verfahren wird weiter verbessert, wenn der Brennerleistungsparameter eine Gebläsedrehzahl ist oder von dieser abhängt und/oder ein Massenfluss einer Verbrennungsluft und/oder einer Mischung aus einem Brennstoff und Verbrennungsluft ist oder von diesem abhängt und/oder ein Volumenfluss einer Verbrennungsluft und/oder einer Mischung aus einem Brennstoff und Verbrennungsluft ist oder von diesem abhängt und/oder eine Laufzeit einer Verbrennungsluft und/oder einer Mischung aus einem Brennstoff und Verbrennungsluft ist oder von dieser abhängt. Die Gebläsedrehzahl lässt sich einfach und zuverlässig bestimmen und liefert eine gute Abschätzung der Brennerleistung. Ein Massenfluss und/oder ein Volumenfluss einer Verbrennungsluft und/oder einer Mischung aus einem Brennstoff und Verbrennungsluft erlauben eine besonders präzise Abschätzung der Brennerleistung. Eine Laufzeit einer Verbrennungsluft und/oder einer Mischung aus einem Brennstoff und Verbrennungsluft lässt sich besonders einfach und kostengünstig bestimmen.The method is further improved when the burner output parameter is a fan speed or depends on it and / or a mass flow of combustion air and / or a mixture of a fuel and Combustion air is or depends on it and / or a volume flow of a combustion air and / or a mixture of a fuel and combustion air is or depends on this and / or a running time of a combustion air and / or a mixture of a fuel and combustion air is or depends on this . The fan speed can be determined easily and reliably and provides a good estimate of the burner output. A mass flow and / or a volume flow of a combustion air and / or a mixture of a fuel and combustion air allow a particularly precise estimation of the burner output. A running time of a combustion air and / or a mixture of a fuel and combustion air can be determined particularly simply and inexpensively.

Weist die zeitliche Fluidzufuhränderung eine zumindest weitgehend rechteckige Form auf, hat das den Vorteil, dass die zeitliche Änderung von der mindestens einen Verbrennungskenngröße besonders einfach detektiert werden kann. Auf diese Weise wird die Zuverlässigkeit des Verfahrens weiter gesteigert. Dabei ist unter "weitgehend rechteckige Form der Fluidzufuhränderung" ein zeitlicher Verlauf der Fluidzufuhrkenngröße zu verstehen, bei dem die Fluidzufuhrkenngröße zunächst einen Normalwert aufweist. Anschließend wird die Fluidzufuhrkenngröße schnell auf einen weitgehend konstanten Maximalzufuhrwert erhöht. Danach wird die Fluidzufuhrkenngröße schnell auf den Normalwert gesenkt. Dieser zeitliche Verlauf der Fluidzufuhrkenngröße hat in guter Näherung die Form einer Rechteckfunktion. Ein solcher zeitlicher Verlauf der Fluidzufuhrkenngröße wird üblicherweise als Rechtecksignal bezeichnet.If the change in fluid supply over time has an at least largely rectangular shape, this has the advantage that the change over time in the at least one combustion parameter can be detected particularly easily. In this way the reliability of the method is further increased. Here, “largely rectangular shape of the fluid supply change” is to be understood as a time course of the fluid supply parameter in which the fluid supply parameter initially has a normal value. The fluid supply parameter is then quickly increased to a largely constant maximum supply value. The fluid supply parameter is then quickly reduced to the normal value. This time course of the fluid supply parameter has the shape of a rectangular function to a good approximation. Such a time course of the fluid supply parameter is usually referred to as a square-wave signal.

Die Verwendung einer Steuereinheit für ein Heizsystem, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren zur Kontrolle eines Brennstoff-Luft-Verhältnisses in einem Heizsystem auszuführen, hat den Vorteil, dass durch das weitgehende Verhindern einer falschen Einstellung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses die Haltbarkeit des Heizsystems erhöht wird, Fehlfunktionen vermieden werden und somit die Sicherheit erhöht wird. Zusätzlich wird durch das Vermeiden von unnötigen Kalibriervorgängen der Verschleiß des Heizsystems gesenkt.The use of a control unit for a heating system, the control unit being set up to carry out the method according to the invention for checking a fuel-air ratio in a heating system, has the advantage that, by largely preventing an incorrect Adjusting the fuel-air ratio increases the durability of the heating system, prevents malfunctions and thus increases safety. In addition, the avoidance of unnecessary calibration processes reduces the wear and tear on the heating system.

Ein Heizsystem mit einer erfindungsgemäßen Steuereinheit, mit einem Dosierer für einen Brennstoff und/oder für Verbrennungsluft und/oder für eine Mischung aus einem Brennstoff und Verbrennungsluft, sowie mit einer lonisationssonde an einer Flamme und mit einem Gebläse mit variierbarer Gebläsedrehzahl hat den Vorteil, dass im Betrieb des Heizsystems eine falsche Einstellung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses weitgehend verhindert wird. Auf diese Weise werden unvorhergesehene, starke Belastungen des Heizsystems durch beispielsweise zu hohe Brennertemperaturen und/oder zu hohe Gebläsedrehzahlen und/oder zu hohe Rußemissionen und/oder zu starke Vibrationen vermieden. Das ermöglicht eine kostengünstige Herstellung des Heizsystems. Zusätzlich wird auf der Brennstoffverbrauch gesenkt und die Lebensdauer des Heizsystems erhöht bzw. das Zeitintervall zwischen den erforderlichen Inspektionsintervallen gesenkt.A heating system with a control unit according to the invention, with a metering device for a fuel and / or for combustion air and / or for a mixture of a fuel and combustion air, as well as with an ionization probe on a flame and with a fan with variable fan speed has the advantage that in Operation of the heating system an incorrect setting of the fuel-air ratio is largely prevented. In this way, unforeseen, heavy loads on the heating system due to, for example, too high burner temperatures and / or too high fan speeds and / or too high soot emissions and / or too strong vibrations are avoided. This enables the heating system to be manufactured inexpensively. In addition, the fuel consumption is reduced and the service life of the heating system is increased or the time interval between the required inspection intervals is reduced.

Weist das Heizsystem mindestens einen Dosierer für einen Brennstoff und/oder für Verbrennungsluft und/oder für eine Mischung aus einem Brennstoff und Verbrennungsluft auf, ist damit eine zeitliche Änderung einer Fluidzufuhrkenngröße besonders einfach erzeugbar.If the heating system has at least one metering device for a fuel and / or for combustion air and / or for a mixture of a fuel and combustion air, a change in a fluid supply parameter over time can thus be generated particularly easily.

Dabei soll unter einem "Dosierer" insbesondere eine, insbesondere elektrische und/oder elektronische, Einheit, insbesondere Aktoreinheit, vorteilhaft Stelleinheit, verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, das zumindest eine Fluid, insbesondere den Verbrennungsluftstrom, den Brennstoffstrom und/oder den Gemischstrom, insbesondere aus der Verbrennungsluft und dem Brennstoff, zu beeinflussen. Insbesondere ist der zumindest eine Dosierer dazu vorgesehen, einen Volumenstrom und/oder einen Massenstrom, insbesondere der Verbrennungsluft und/oder des Brennstoffs, einzustellen, zu regulieren und/oder zu fördern. Der Dosierer für Verbrennungsluft kann dabei vorteilhaft als, insbesondere drehzahlvariabler, Ventilator und/oder vorzugsweise als, insbesondere drehzahlvariables, Gebläse ausgebildet sein. Der Dosierer für Brennstoff kann vorteilhaft als, insbesondere durchsatzvariable, Brennstoffpumpe und/oder vorzugsweise als, insbesondere durchsatzvariables, Brennstoffventil ausgebildet sein. Insbesondere sind der Dosierer für Verbrennungsluft und/oder der Dosierer für Brennstoff dazu vorgesehen, eine Heizleistung der Heizgerätevorrichtung zu modulieren.In this context, a "metering device" is to be understood as meaning, in particular, an, in particular electrical and / or electronic, unit, in particular actuator unit, advantageously actuating unit, which is provided to feed the at least one fluid, in particular the combustion air flow, the fuel flow and / or the mixture flow in particular from the combustion air and the fuel. In particular, there is at least one doser for this provided to set, regulate and / or promote a volume flow and / or a mass flow, in particular the combustion air and / or the fuel. The metering device for combustion air can advantageously be designed as a fan, in particular with a variable speed, and / or preferably as a blower, in particular with a variable speed. The metering device for fuel can advantageously be designed as a, in particular throughput variable, fuel pump and / or preferably as, in particular throughput variable, fuel valve. In particular, the metering device for combustion air and / or the metering device for fuel are provided to modulate a heating output of the heater device.

Weist das Heizsystem eine lonisationssonde an der Flamme des Heizgeräts auf, ist damit ein besonders günstiger und zuverlässiger Sensor zur Messung einer Verbrennungsscangrüße realisiert. Ionisationsdetektoren werden üblicherweise in Heizgeräten zur Flammendetektion eingesetzt.If the heating system has an ionization probe on the flame of the heater, a particularly inexpensive and reliable sensor for measuring a combustion scan is implemented. Ionization detectors are usually used in heating devices for flame detection.

Weist das Heizsystem ein Gebläse mit variierbarer Gebläsedrehzahl auf, ist auf diese Weise ein einfaches und robustes Mittel zur Einstellung und Bestimmung der Leistung des Heizgeräts realisiert.If the heating system has a fan with a variable fan speed, a simple and robust means for setting and determining the output of the heater is implemented in this way.

Zeichnungendrawings

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kontrolle eines Brennstoff-Luft-Verhältnisses in einem Heizsystem, der erfindungsgemäßen Steuereinheit und des erfindungsgemäßen Heizsystems dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

  • Figur 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Heizsystems mit der erfindungsgemäßen Steuereinheit,
  • Figur 2 das erfindungsgemäße Verfahren zum Regeln und/oder Kalibrieren eines Heizsystems,
  • Figur 3 eine schematische Darstellung einer Fluidzufuhränderung und einer zeitlichen Änderung von einer Verbrennungskenngröße,
  • Figur 4 schematische Darstellungen von zeitlichen Änderungen von einer Verbrennungskenngröße bei unterschiedlichen Messungen,
  • Figur 5 eine schematische Darstellung einer Abhängigkeit des Ionisationsstroms vom Brennstoff-Luft-Verhältnis und
  • Figur 6 eine Variante des Verfahrens zum Regeln und/oder Kalibrieren eines Heizsystems.
In the drawings, exemplary embodiments of the method according to the invention for controlling a fuel-air ratio in a heating system, the control unit according to the invention and the heating system according to the invention are shown and explained in more detail in the following description. Show it
  • Figure 1 a schematic representation of the heating system according to the invention with the control unit according to the invention,
  • Figure 2 the method according to the invention for regulating and / or calibrating a heating system,
  • Figure 3 a schematic representation of a change in fluid supply and a change in a combustion parameter over time,
  • Figure 4 schematic representations of changes in a combustion parameter over time with different measurements,
  • Figure 5 a schematic representation of a dependence of the ionization current on the fuel-air ratio and
  • Figure 6 a variant of the method for regulating and / or calibrating a heating system.

Beschreibungdescription

In den verschiedenen Ausführungsvarianten erhalten gleiche Teile bzw. Schritte die gleichen Bezugszahlen.In the different embodiment variants, the same parts or steps are given the same reference numbers.

In Figur 1 ist ein Heizgerät 10 schematisch dargestellt, das im Ausführungsbeispiel auf einem Speicher 12 angeordnet ist. Das Heizgerät 10 weist ein Gehäuse 14 auf, das je nach Ausstattungsgrad unterschiedliche Komponenten aufnimmt.In Figure 1 a heater 10 is shown schematically, which is arranged on a memory 12 in the exemplary embodiment. The heater 10 has a housing 14 which accommodates different components depending on the level of equipment.

Als wesentliche Komponenten befinden sich eine Wärmezelle 16, eine Steuereinheit 18, eine oder mehrere Pumpen 20 sowie Verrohrungen 22, Kabel oder Busleitungen 24 und Haltemittel 26 im Heizgerät 10. Auch bei den einzelnen Komponenten hängt deren Anzahl und Komplexität vom Ausstattungsgrad des Heizgeräts 10 ab.The essential components are a heat cell 16, a control unit 18, one or more pumps 20 as well as piping 22, cables or bus lines 24 and holding means 26 in the heater 10. The number and complexity of the individual components also depends on the degree of equipment of the heater 10.

Die Wärmezelle 16 weist einen Brenner 28, einen Wärmetauscher 30, ein Gebläse 32, ein Dosierer 34 sowie ein Zuluftsystem 36, ein Abgassystem 38 und, wenn die Wärmezelle 16 in Betrieb ist, eine Flamme 40 auf. In die Flamme 40 ragt eine lonisationssonde 42. Der Dosierer 34 ist als Brennstoffventil 44 ausgebildet. Eine Gebläsedrehzahl 79 des Gebläses 32 ist variabel einstellbar. Das Heizgerät 10 und der Speicher 12 bilden zusammen ein Heizsystem 46. Die Steuereinheit 18 weist einen Datenspeicher 48, eine Recheneinheit 50 und eine Kommunikationsschnittstelle 52 auf. Über die Kommunikationsschnittstelle 52 sind die Komponenten des Heizsystems 46 ansteuerbar. Die Kommunikationsschnittstelle 52 ermöglicht einen Datenaustausch mit externen Geräten. Externe Geräte sind beispielsweise Steuergeräte, Thermostate und/oder Geräte mit Computerfunktionalität, beispielsweise Smartphones.The heat cell 16 has a burner 28, a heat exchanger 30, a fan 32, a metering device 34 and an air supply system 36, an exhaust system 38 and, when the heat cell 16 is in operation, a flame 40. Into the flame An ionization probe 42 protrudes 40. The metering device 34 is designed as a fuel valve 44. A fan speed 79 of the fan 32 is variably adjustable. The heating device 10 and the memory 12 together form a heating system 46. The control unit 18 has a data memory 48, a computing unit 50 and a communication interface 52. The components of the heating system 46 can be controlled via the communication interface 52. The communication interface 52 enables data to be exchanged with external devices. External devices are, for example, control devices, thermostats and / or devices with computer functionality, for example smartphones.

Figur 1 zeigt ein Heizsystem 46 mit einer Steuereinheit 18. In alternativen Ausführungsformen befindet sich die Steuereinheit 18 außerhalb des Gehäuses 14 des Heizgeräts 10. Die externe Steuereinheit 18 ist in besonderen Varianten als Raumregler für das Heizsystem 46 ausgeführt. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Steuereinheit 18 mobil. Die externe Steuereinheit 18 weist eine Kommunikationsverbindung zum Heizgerät 10 und/oder anderen Komponenten des Heizsystems 46 auf. Die Kommunikationsverbindung kann kabelgebunden und/oder kabellos sein, bevorzugt eine Funkverbindung, besonders bevorzugt über WLAN, Z-Wave, Bluetooth und/oder ZigBee. Die Steuereinheit 18 kann in weiteren Varianten aus mehreren Komponenten bestehen, insbesondere nicht physisch verbundenen Komponenten. In besonderen Varianten können zumindest eine oder mehrere Komponenten der Steuereinheit 18 teilweise oder ganz in der Form von Software vorliegen, die auf internen oder externen Geräten, insbesondere auf mobilen Recheneinheiten, beispielsweise Smartphones und Tablets, oder Servern, insbesondere einer Cloud, ausgeführt wird. Die Kommunikationsverbindungen sind dann entsprechende Softwareschnittstellen. Figure 1 shows a heating system 46 with a control unit 18. In alternative embodiments, the control unit 18 is located outside the housing 14 of the heater 10. The external control unit 18 is designed in special variants as a room controller for the heating system 46. In preferred embodiments, the control unit 18 is mobile. The external control unit 18 has a communication link to the heating device 10 and / or other components of the heating system 46. The communication connection can be wired and / or wireless, preferably a radio connection, particularly preferably via WLAN, Z-Wave, Bluetooth and / or ZigBee. In further variants, the control unit 18 can consist of several components, in particular components that are not physically connected. In special variants, at least one or more components of the control unit 18 can be partially or entirely in the form of software that is executed on internal or external devices, in particular on mobile computing units, for example smartphones and tablets, or servers, in particular a cloud. The communication links are then corresponding software interfaces.

In Figur 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren 54 zur Kontrolle und Regelung eines Brennstoff-Luft-Verhältnisses 56 in einem Heizsystem 46 abgebildet. Im Ausführungsbeispiel wird in einem Schritt 58 eine zeitliche Fluidzufuhränderung 60 einer Fluidzufuhrkenngröße 62 erzeugt. Im Ausführungsbeispiel ist die Fluidzufuhrkenngröße 62 eine vorgesehene Öffnungsweite 64 des Dosierers 34. Die Öffnungsweite 64 ist eine Prozentangabe, wobei eine Öffnungsweite 64 von 0 % einem vollständig geschlossenen Brennstoffventil 44 entspricht und eine Öffnungsweite 64 von 100 % ein vollständig geöffnetes Brennstoffventil 44 beschreibt. In der Steuereinheit 18 ist ein Zusammenhang zwischen der Öffnungsweite 64 und einem dafür nötigen Steuersignal hinterlegt. Die vorgesehene Öffnungsweite 64 wird durch eine Auswahl des Steuersignals und Übertragung dieses Steuersignals an das Brennstoffventil 44 durch die Steuereinheit 18 realisiert. Die Öffnungsweite 64 beschreibt eine Anforderung, welche an das Brennstoffventil 44 übermittelt wird.In Figure 2 the method 54 according to the invention for checking and regulating a fuel-air ratio 56 in a heating system 46 is shown. in the Embodiment, a fluid supply change 60 over time of a fluid supply parameter 62 is generated in a step 58. In the exemplary embodiment, the fluid supply parameter 62 is an intended opening width 64 of the metering device 34. The opening width 64 is a percentage, with an opening width 64 of 0% corresponding to a completely closed fuel valve 44 and an opening width 64 of 100% describing a completely open fuel valve 44. A relationship between the opening width 64 and a control signal required for this is stored in the control unit 18. The intended opening width 64 is implemented by selecting the control signal and transmitting this control signal to the fuel valve 44 by the control unit 18. The opening width 64 describes a request which is transmitted to the fuel valve 44.

Die Fluidzufuhränderung 60 ist in Figur 3 abgebildet. Die erste Abszissenachse 66 stellt eine Zeit dar. Auf der Ordinatenachse 68 ist die Fluidzufuhrkenngröße 62 dargestellt. Die Fluidzufuhränderung 60 verläuft in einem weitgehend rechteckförmigen Puls. Zunächst hat die Fluidzufuhrkenngröße 62 einen Normalzufuhrwert 70. Anschließend wird die Öffnungsweite 64 so schnell wie möglich auf einen Maximalzufuhrwert 72 erhöht. Danach wird die Öffnungsweite 64 so schnell wie möglich auf den Normalzufuhrwert 70 gesenkt. Eine in Figur 3 abgebildete Pulshöhe 74 beträgt 15 %. Eine in Figur 3 abgebildete Pulsbreite 76 beträgt 120 ms.The fluid supply change 60 is shown in FIG Figure 3 pictured. The first axis of abscissa 66 represents a time. On the axis of ordinate 68, the fluid supply parameter 62 is shown. The fluid supply change 60 runs in a largely rectangular pulse. Initially, the fluid supply parameter 62 has a normal supply value 70. Then the opening width 64 is increased to a maximum supply value 72 as quickly as possible. Thereafter, the opening width 64 is reduced to the normal supply value 70 as quickly as possible. One in Figure 3 shown pulse height 74 is 15%. One in Figure 3 the pulse width 76 shown is 120 ms.

Im Ausführungsbeispiel ist die Fluidzufuhränderung 60 abhängig von einem Brennerleistungsparameter 77. Der Brennerleistungsparameter 77 ist eine Gebläsedrehzahl 79. Die Gebläsedrehzahl 79 ist ein von der Steuereinheit 18 bestimmter Kennwert, welcher ein Gebläsesteuersignal bestimmt. Das Gebläsesteuersignal wird von der Steuereinheit 18 an das Gebläse 32 gesendet und bestimmt eine Drehzahl des Gebläses 32. Die Pulshöhe 74 steigt linear mit der Gebläsedrehzahl 79 an. Zwischen einer minimalen Gebläsedrehzahl und einer maximalen Gebläsedrehzahl nimmt die Pulshöhe 74 Werte in einem Intervall zwischen 10 % und 20 % an. Die Pulsbreite 76 steigt linear mit der Gebläsedrehzahl 79 an. Zwischen einer minimalen Gebläsedrehzahl und einer maximalen Gebläsedrehzahl nimmt die Pulsbreite 76 Werte in einem Intervall zwischen 50 ms und 200 ms an.In the exemplary embodiment, the fluid supply change 60 is dependent on a burner output parameter 77. The burner output parameter 77 is a fan speed 79. The fan speed 79 is a characteristic value determined by the control unit 18, which determines a fan control signal. The fan control signal is sent from the control unit 18 to the fan 32 and determines a speed of the fan 32. The pulse height 74 increases linearly with the fan speed 79. Between a minimal Fan speed and a maximum fan speed, the pulse height assumes 74 values in an interval between 10% and 20%. The pulse width 76 increases linearly with the fan speed 79. Between a minimum fan speed and a maximum fan speed, the pulse width assumes 76 values in an interval between 50 ms and 200 ms.

In einem folgenden Schritt 75 (siehe Figur 2) wird versucht, ein relatives Signalmaximum 80 einer mit der zeitlichen Fluidzufuhränderung 60 korrelierten zeitlichen Änderung von einer Verbrennungskenngröße 78 zu ermittelt. Die Verbrennungskenngröße 78 ist im Ausführungsbeispiel ein Ionisationsstrom 82. Der lonisationsstrom 82 wird von der lonisationssonde 42 an der Flamme 40 ermittelt und an die Steuereinheit 18 übermittelt. Nach der Fluidzufuhränderung 60 weist der zeitliche Verlauf des lonisationsstroms 82 das relative Signalmaximum 80 auf. Das relative Signalmaximum 80 wird aus der Differenz zwischen dem absoluten Signalmaximum 84 und dem Ionisationsstromnormalwert 86 bestimmt (siehe Figur 3). Der Ionisationsstromnormalwert 86 wird im Ausführungsbeispiel bestimmt, in dem der über die Pulsbreite 76 gemessene mittlere Ionisationsstrom 82 ermittelt wird. Im Ausführungsbeispiel wird das relative Signalmaximum 80 bestimmt, in dem der Ionisationsstrom 82 über eine Ermittlungszeit gemessen wird. Der innerhalb der Ermittlungszeit auftretende größte Wert des Ionisationsstroms 82 wird als absolutes Signalmaximum 84 gewählt. Die Ermittlungszeit hat die Länge einer in der Steuereinheit 18 hinterlegte Zeitschwelle 88. Die Ermittlungszeit beginnt an einem ersten Zeitpunkt 90 zu laufen und endet an einem zweiten Zeitpunkt 92 (siehe Figur 3). Im Ausführungsbeispiel beträgt die Zeitschwelle 88 2 Sekunden. In Varianten wird eine Zeitschwelle 88 zwischen 1 Sekunde und 5 Sekunden gewählt.In a following step 75 (see Figure 2 ) an attempt is made to determine a relative signal maximum 80 of a change over time of a combustion parameter 78 that is correlated with the change in fluid supply over time. In the exemplary embodiment, the combustion parameter 78 is an ionization current 82. The ionization current 82 is determined by the ionization probe 42 on the flame 40 and transmitted to the control unit 18. After the fluid supply change 60, the time profile of the ionization current 82 has the relative signal maximum 80. The relative signal maximum 80 is determined from the difference between the absolute signal maximum 84 and the ionization current normal value 86 (see FIG Figure 3 ). The normal ionization current value 86 is determined in the exemplary embodiment in which the mean ionization current 82 measured over the pulse width 76 is determined. In the exemplary embodiment, the relative signal maximum 80 is determined in that the ionization current 82 is measured over a determination time. The largest value of the ionization current 82 occurring within the determination time is selected as the absolute signal maximum 84. The determination time has the length of a time threshold 88 stored in the control unit 18. The determination time begins at a first point in time 90 and ends at a second point in time 92 (see FIG Figure 3 ). In the exemplary embodiment, the time threshold 88 is 2 seconds. In variants, a time threshold 88 between 1 second and 5 seconds is selected.

Konnte in Schritt 75 ein relatives Signalmaximum 80 ermittelt werden, wird das Verfahren mit Pfad C fortgesetzt (siehe Figur 2). In einem weiteren Schritt 94 wird ein Fehlzustand 96 festgestellt, falls das relative Signalmaximum 80 eine Signaluntergrenze 98 unterschreitet. Die Signaluntergrenze 98 ist eine in der Steuereinheit 18 hinterlegte Konstante. Die Steuereinheit 18 vergleicht das relative Signalmaximum 80 mit der Signaluntergrenze 98. Ist das relative Signalmaximum 80 kleiner als die Signaluntergrenze 98, wird ein Fehlzustand 96 festgestellt in dem eine Fehlervariable auf den Wert 1 gesetzt wird. Das Verfahren 54 wird auf dem Pfad A fortgesetzt (siehe Figur 2). Ist das relative Signalmaximum 80 größer-gleich als die Signaluntergrenze 98, wird die Fehlervariable auf den Wert 0 gesetzt und die Iteration des Verfahrens 54 beendet (Pfad B in Figur 2).If a relative signal maximum 80 could be determined in step 75, the method continues with path C (see FIG Figure 2 ). In a further step 94 a fault state 96 is determined if the relative signal maximum 80 falls below a signal lower limit 98. The lower signal limit 98 is a constant stored in the control unit 18. The control unit 18 compares the relative signal maximum 80 with the signal lower limit 98. If the relative signal maximum 80 is less than the signal lower limit 98, an error state 96 is determined in which an error variable is set to the value 1. The method 54 continues on path A (see FIG Figure 2 ). If the relative signal maximum 80 is greater than or equal to the lower signal limit 98, the error variable is set to the value 0 and the iteration of the method 54 is ended (path B in Figure 2 ).

Wird das Verfahren 54 auf dem Pfad A fortgesetzt, wird ein Schritt 100 durchgeführt. Im Schritt 100 wird das Heizsystem 46 kalibriert. Dabei wird das Heizsystem 46 in einem besonderen Betriebsmodus gefahren, in welchem die Sensorik und Analytik, insbesondere die lonisationssonde 42 und die auf dem lonisationsstrom 82 beruhenden, in der Steuereinheit 18 hinterlegten Kennlinien neu eingestellt und abgestimmt werden. Auf diese Weise wird die Ermittlung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses 56 präzisiert. Falls nötig, wird beim Kalibrieren des Heizsystems 46 im Schritt 100 das Heizsystem 46 bzw. die auf dem Heizsystem 46 laufenden Prozesse und/oder Verfahren zumindest teilweise neu initialisiert oder neu gestartet.If the method 54 is continued on path A, a step 100 is carried out. In step 100 the heating system 46 is calibrated. The heating system 46 is run in a special operating mode in which the sensors and analytics, in particular the ionization probe 42 and the characteristic curves stored in the control unit 18 based on the ionization current 82, are reset and adjusted. In this way, the determination of the fuel-air ratio 56 is made more precise. If necessary, when calibrating the heating system 46 in step 100, the heating system 46 or the processes and / or methods running on the heating system 46 are at least partially reinitialized or restarted.

Wird in Schritt 75 kein relatives Signalmaximum 80 ermittelt, wird das Verfahren auf dem Pfad D fortgesetzt (siehe Figur 2). In einem Schritt 101 wird ein Fehlzustand 96 festgestellt. Die Fehlervariable wird auf den Wert 1 gesetzt. Das Verfahren 54 wird mit Schritt 100 fortgesetzt und das Heizsystem 46 kalibriert.If no relative signal maximum 80 is determined in step 75, the method is continued on path D (see FIG Figure 2 ). In a step 101 a fault condition 96 is determined. The error variable is set to the value 1. The method 54 continues with step 100 and the heating system 46 is calibrated.

Das Verfahren 54 wird im Ausführungsbeispiel periodisch widerholt. Figur 3 zeigt eine der Änderung der Verbrennungskenngröße 78 folgende Fluidzufuhränderung 60, welche zur nächsten Iteration des Verfahrens 54 gehört. Ein Zeitabstand zwischen den Iterationen des Verfahrens 54 wird abhängig vom Betriebszustand des Heizsystems 46 und von den äußeren Bedingungen gewählt. Im Ausführungsbeispiel beträgt der Zeitabstand zwischen 1 Sekunde und 20 Sekunden, bevorzugt 2 Sekunden. Im Ausführungsbeispiel wird in der Steuereinheit 18 ein Fehlzustandszähler gespeichert. Der Fehlzustandszähler ist eine Variable, welche die Zahl der festgestellten Fehlzustände 96 in einem bestimmten Zeitintervall speichert. Überschreitet der Fehlzustandszähler eine in der Steuereinheit 18 hinterlegte kritische Fehlzustandsgrenze, so wird das Heizsystem 46 aus Sicherheitsgründen heruntergefahren. Der Fehlzustandszähler wird nach der Durchführung des Verfahrens 54 ohne Feststellung eines Fehlzustandes 96 gesenkt. Im Ausführungsbeispiel wird das Heizsystem 46 nach sieben unmittelbar hintereinander folgenden Feststellungen eines Fehlzustandes 96 heruntergefahren.The method 54 is repeated periodically in the exemplary embodiment. Figure 3 FIG. 9 shows a fluid supply change 60 following the change in the combustion parameter 78, which changes to the next iteration of the method 54 belongs. A time interval between the iterations of the method 54 is selected depending on the operating state of the heating system 46 and on the external conditions. In the exemplary embodiment, the time interval is between 1 second and 20 seconds, preferably 2 seconds. In the exemplary embodiment, a fault status counter is stored in the control unit 18. The deficiency counter is a variable which stores the number of defective conditions 96 detected in a specific time interval. If the defective state counter exceeds a critical defective state limit stored in the control unit 18, the heating system 46 is shut down for safety reasons. The defective state counter is decreased after the method 54 has been carried out without a defective state 96 being determined. In the exemplary embodiment, the heating system 46 is shut down after seven immediately successive determinations of a fault state 96.

Die Figuren 4 und 5 illustrieren das Funktionsprinzip des Verfahrens 54. In Figur 4 ist auf einer zweiten Abszissenachse 67 eine Zeit dargestellt. Auf der Ordinatenachse 68 ist der Ionisationsstrom 82 aufgetragen. Die Graphen des Ionisationsstroms 82 zeigen jeweils zeitliche Änderungen des Ionisationsstroms 82 welche aufgrund einer zeitlichen Fluidzufuhränderung 60 bei verschiedenen Messungen 102, 104, 106, 108 und 110 auftreten. Die Messungen sind bei einer konstanten Gebläsedrehzahl 79 durchgeführt. Jede der Messungen ist bei einem jeweils unterschiedlichen Brennstoff-Luft-Verhältnis 56 durchgeführt (markiert in Figur 5). Das Brennstoff-Luft-Verhältnis 56 berechnet sich aus einer Luftmenge geteilt durch eine Brennstoffmenge.The Figures 4 and 5 illustrate the principle of operation of the method 54. In Figure 4 a time is shown on a second abscissa axis 67. The ionization current 82 is plotted on the ordinate axis 68. The graphs of the ionization current 82 each show changes over time in the ionization current 82 which occur due to a change in fluid supply 60 over time in different measurements 102, 104, 106, 108 and 110. The measurements are carried out at a constant fan speed 79. Each of the measurements is carried out at a different fuel-air ratio 56 (marked in Figure 5 ). The fuel-air ratio 56 is calculated from an amount of air divided by an amount of fuel.

Figur 5 illustriert den Zusammenhang zwischen dem lonisationsstrom 82 und dem Brennstoff-Luft-Verhältnis 56 bei einer konstanten Gebläsedrehzahl 79. Auf der Ordinatenachse 68 ist der Ionisationsstrom 82 aufgetragen. Auf einer dritten Abszissenachse 69 ist das Brennstoff-Luft-Verhältnis 56 dargestellt. Der Verlauf des Ionisationsstroms 82 weist ein Ionisationsstrommaximum 112 bei einem Brennstoff-Luft-Verhältnis 56 von 1 auf (Messung 104). Bei einer Vergrößerung oder Verkleinerung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses 56 ausgehend vom Ionisationsstrommaximum 112 nimmt der Ionisationsstrom 82 ab, wobei sich der Betrag der Steigung stetig vergrößert. Bevorzugt wird das Heizsystem 46 mit einem Brennstoff-Luft-Verhältnis 56 von 1.3 (Messung 108), also mit einem Luftüberschuss betrieben. Das Verfahren 54 stellt sicher, dass das Heizsystem 46 mit Luftüberschuss betrieben wird. Ist das Brennstoff-Luft-Verhältnis 56 kleiner als 1 oder befindet sich das Brennstoff-Luft-Verhältnis 56 zu nahe am Wert 1, so wird ein Fehlzustand 96 festgestellt. Figure 5 illustrates the relationship between the ionization current 82 and the fuel-air ratio 56 at a constant fan speed 79. The ionization current 82 is plotted on the ordinate axis 68. The fuel-air ratio 56 is shown on a third abscissa axis 69. The The course of the ionization current 82 has an ionization current maximum 112 at a fuel-air ratio 56 of 1 (measurement 104). With an increase or decrease in the fuel-air ratio 56 starting from the ionization current maximum 112, the ionization current 82 decreases, the magnitude of the slope increasing steadily. The heating system 46 is preferably operated with a fuel-air ratio 56 of 1.3 (measurement 108), that is to say with an excess of air. The method 54 ensures that the heating system 46 is operated with excess air. If the fuel-air ratio 56 is less than 1 or if the fuel-air ratio 56 is too close to the value 1, a fault condition 96 is determined.

Aufgrund der Fluidzufuhränderung 60 wird kurzzeitig das Brennstoff-Luft-Verhältnis 56 gesenkt. Hat das Brennstoff-Luft-Verhältnis 56 den Wert 0.85 (Messung 102), so bewirkt die Fluidzufuhränderung 60 ein Absinken des Ionisationsstroms 82 (siehe Figur 4). Damit ist das relative Signalmaximum 80 weitgehend 0. Die Signaluntergrenze 98 wird unterschritten und ein Fehlzustand 96 festgestellt. Hat das Brennstoff-Luft-Verhältnis 56 den Wert eins (Messung 104), so bewirkt die Fluidzufuhränderung 60 ein schwaches Absinken des Ionisationsstroms 82, da in diesem Bereich die Steigung des Graphen des lonisationsstroms 82 ungefähr 0 ist und sich nur schwach ändert. In Messung 106 hat das Brennstoff-Luft-Verhältnis 56 den Wert 1.15. Es liegt ein Luftüberschuss vor, welcher nicht ausreichend groß ist. Die Fluidzufuhränderung 60 bewirkt ein Ansteigen des Ionisationsstroms 82. Das relative Signalmaximum 80 liegt unter der Signaluntergrenze 98, da der Betrag der Steigung des Graphen des Ionisationsstroms 82 im Bereich des Brennstoff-Luft-Verhältnisses 56 der Messung 106 zu gering ist. In den Messungen 108 und 110 beträgt das Brennstoff-Luft-Verhältnis 56 1.3 bzw. 1.45. Der Luftüberschuss ist jeweils ausreichend. Der Betrag der Steigung des Graphen des Ionisationsstroms 82 ist in den Bereichen der Messungen 108 und 110 ausreichend groß. Die Fluidzufuhränderung 60 bewirkt jeweils ein Ansteigen des Ionisationsstroms 82. Das relative Signalmaximum 80 ist jeweils größer als die Signaluntergrenze 98. Bei den Messungen 108 und 110 wird kein Fehlzustand 96 festgestellt.Due to the change in fluid supply 60, the fuel-air ratio 56 is reduced for a short time. If the fuel-air ratio 56 has the value 0.85 (measurement 102), the change in fluid supply 60 causes the ionization current 82 to decrease (see FIG Figure 4 ). The relative signal maximum 80 is thus largely 0. The signal falls below the lower limit 98 and a fault state 96 is determined. If the fuel-air ratio 56 has the value one (measurement 104), the change in fluid supply 60 causes the ionization current 82 to decrease slightly, since in this area the slope of the graph of the ionization current 82 is approximately 0 and changes only slightly. In measurement 106, the fuel-air ratio 56 has the value 1.15. There is an excess of air which is not sufficiently large. The change in fluid supply 60 causes the ionization current 82 to rise. The relative signal maximum 80 is below the lower signal limit 98, since the amount of the slope of the graph of the ionization current 82 in the area of the fuel-air ratio 56 of the measurement 106 is too low. In measurements 108 and 110, the fuel-air ratio 56 is 1.3 and 1.45, respectively. The excess air is sufficient in each case. The magnitude of the slope of the graph of the ionization current 82 is sufficiently large in the areas of measurements 108 and 110. The fluid supply change 60 causes an increase in each case of the ionization current 82. The relative signal maximum 80 is in each case greater than the lower signal limit 98. In the measurements 108 and 110, no fault condition 96 is found.

Im Ausführungsbeispiel wird das relative Signalmaximum 80 zwischen dem ersten Zeitpunkt 90 und dem zweiten Zeitpunkt 92 bestimmt. Die Zeitschwelle 88 ist mithilfe von Labortests so gewählt, dass unter allen Betriebszuständen und Randbedingungen, insbesondere bei allen Gebläsedrehzahlen 79 die Position des Maximums des Ionisationsstroms 82 stets zwischen dem ersten Zeitpunkt 90 und dem zweiten Zeitpunkt 92 liegt. In alternativen Varianten mit einer kleineren Zeitschwelle 88 kann das Maximum des lonisationsstroms 82 nach dem zweiten Zeitpunkt 92 auftreten. Das im Schritt 75 ermittelte relative Signalmaximum 80 ist dann gegebenenfalls kleiner als das tatsächliche Maximum des Ionisationsstroms 82, insbesondere bei einer niedrigen Leistung des Heizsystems 46 bzw. bei niedrigen Gebläsedrehzahlen 79. Das wird in bevorzugten Varianten durch eine entsprechende Anpassung, insbesondere Absenkung der Signaluntergrenze 98, insbesondere abhängig vom Brennerleistungsparameter 77, berücksichtigt.In the exemplary embodiment, the relative signal maximum 80 is determined between the first point in time 90 and the second point in time 92. The time threshold 88 is selected with the aid of laboratory tests in such a way that under all operating states and boundary conditions, in particular at all fan speeds 79, the position of the maximum of the ionization current 82 is always between the first point in time 90 and the second point in time 92. In alternative variants with a smaller time threshold 88, the maximum of the ionization current 82 can occur after the second point in time 92. The relative signal maximum 80 determined in step 75 is then possibly smaller than the actual maximum of the ionization current 82, in particular with a low output of the heating system 46 or with low fan speeds 79. In preferred variants, this is achieved by a corresponding adaptation, in particular lowering the signal lower limit 98 , in particular as a function of the burner output parameter 77.

In alternativen Ausführungsformen wird die zeitliche Änderung von mindestens einer Verbrennungskenngröße 78 ermittelt, in dem das Auftreten eines Pulses im zeitlichen Verlauf der mindestens einen Verbrennungskenngröße 78 detektiert wird. Das relative Signalmaximum 80 wird als maximaler Wert des detektierten Pulses bestimmt. Dazu wird im Schritt 75 von der Steuereinheit 18 überprüft, ob nach der Fluidzufuhränderung 60 die Verbrennungskenngröße 78 über ein Signalrauschen hinaus ansteigt. Das relative Signalmaximum 80 ist die maximale Verbrennungskenngröße 78 im Zeitbereich, in dem die Verbrennungskenngröße 78 über ein Signalrauschen hinaus ansteigt. In bevorzugten Varianten wird die Detektion des Pulses im zeitlichen Verlauf der mindestens einen Verbrennungskenngröße 78 beendet, falls die Ermittlungszeit die Zeitschwelle 88 überschreitet und kein Puls detektiert werden konnte. Dann kann kein relatives Signalmaximum 80 ermittelt werden und das Verfahren 54 wird auf dem Pfad D fortgesetzt.In alternative embodiments, the change over time of at least one combustion parameter 78 is determined by detecting the occurrence of a pulse in the course of the at least one combustion parameter 78 over time. The relative signal maximum 80 is determined as the maximum value of the detected pulse. To this end, in step 75 the control unit 18 checks whether, after the fluid supply change 60, the combustion parameter 78 increases beyond signal noise. The relative signal maximum 80 is the maximum combustion parameter 78 in the time range in which the combustion parameter 78 increases beyond signal noise. In preferred variants, the detection of the pulse in the time course of the at least one combustion parameter 78 is ended if the determination time the time threshold exceeds 88 and no pulse could be detected. Then no relative signal maximum 80 can be determined and the method 54 is continued on the path D.

In weiteren Ausführungsformen wird der Schritt 75 beendet, sobald die gemessene Verbrennungskenngröße 78 die Signaluntergrenze 98 überschreitet. Dann wird der Wert des relativen Signalmaximums 80 anhand der zuletzt gemessenen, die Signaluntergrenze 98 überschreitenden Verbrennungskenngröße 78 festgelegt. Das Verfahren wird dann mit dem Pfad C fortgesetzt. Erreicht im Schritt 75 die gemessene Verbrennungskenngröße 78 nicht die Signaluntergrenze 98 innerhalb der Zeitschwelle 88, wird das Verfahren mit dem Pfad C fortgesetzt. Diese Ausführungsformen haben den Vorteil, dass die benötigte Ermittlungszeit minimiert wird.In further embodiments, step 75 is ended as soon as the measured combustion parameter 78 exceeds the lower signal limit 98. Then the value of the relative signal maximum 80 is determined on the basis of the combustion parameter 78 which was last measured and which exceeded the lower signal limit 98. The process then continues with path C. If in step 75 the measured combustion parameter 78 does not reach the signal lower limit 98 within the time threshold 88, the method is continued with path C. These embodiments have the advantage that the required determination time is minimized.

In besonderen Ausführungen ist die Zeitschwelle 88 eine Funktion des Brennerleistungsparameter 77. Bevorzugt vergrößerte sich die Zeitschwelle 88 bei einer Verkleinerung der Leistung des Heizsystems 46.In special embodiments, the time threshold 88 is a function of the burner output parameter 77. The time threshold 88 is preferably increased when the output of the heating system 46 is reduced.

Im Ausführungsbeispiel wird die Signaluntergrenze 98 abhängig von der Gebläsedrehzahl 79 gewählt. Dazu wird von der Steuereinheit 18 eine relative Signaluntergrenze 114 bestimmt (siehe Figur 3). Die relative Signaluntergrenze 114 ist proportional zur negativen Gebläsedrehzahl 79. Auf diese Weise wird das bei niedrigen Gebläsedrehzahlen 79 höhere Signalrauschen des Ionisationsstroms 82 berücksichtigt. Im Ausführungsbeispiel liegt die relative Signaluntergrenze 114 bei 1 µA für die maximale Gebläsedrehzahl 79 und bei 10 µA für die minimale Gebläsedrehzahl 79. Typischerweise wird im Regelbetrieb eine relative Signaluntergrenze 114 zwischen 3 µA und 7 µA gewählt. Die Signaluntergrenze 98 wird aus der Summe von der relativen Signaluntergrenze 114 und dem Ionisationsstromnormalwert 86 ermittelt. Der Ionisationsstromnormalwert 86 nimmt im regulären Betrieb des Heizsystems 46 Werte zwischen 10 µA und 100 µA, insbesondere zwischen 30 µA und 60 µA an. In alternativen Ausführungsformen richtet sich die Wahl der Abhängigkeit der Signaluntergrenze 98 von der Gebläsedrehzahl 79 bzw. vom Brennerleistungsparameter 77 an den technischen Eigenschaften des Heizsystems 46, insbesondere an der Abhängigkeit des Signalrauschens des Ionisationsstroms 82 bzw. der Verbrennungskenngröße 78 vom Brennerleistungsparameter 77. In bevorzugten Varianten ist die relative Signaluntergrenze 114 konstant. In weiteren Varianten ist die relative Signaluntergrenze proportional zum Brennerleistungsparameter 77. In besonders bevorzugten Varianten ist die funktionale Abhängigkeit der relativen Signaluntergrenze 114 vom Brennerleistungsparameter 77 weitgehend proportional zur funktionalen Abhängigkeit einer Stärke des Signalrauschens des lonisationsstroms 82 vom Brennerleistungsparameter 77.In the exemplary embodiment, the lower signal limit 98 is selected as a function of the fan speed 79. For this purpose, the control unit 18 determines a relative lower signal limit 114 (see FIG Figure 3 ). The relative lower signal limit 114 is proportional to the negative fan speed 79. In this way, the higher signal noise of the ionization current 82 at low fan speeds 79 is taken into account. In the exemplary embodiment, the relative lower signal limit 114 is 1 µA for the maximum fan speed 79 and 10 µA for the minimum fan speed 79. Typically, a relative lower signal limit 114 between 3 µA and 7 µA is selected in control mode. The signal lower limit 98 is determined from the sum of the relative signal lower limit 114 and the ionization current normal value 86. The ionization current normal value 86 increases during regular operation of the heating system 46 Values between 10 µA and 100 µA, especially between 30 µA and 60 µA. In alternative embodiments, the choice of the dependence of the lower signal limit 98 on the fan speed 79 or the burner output parameter 77 is based on the technical properties of the heating system 46, in particular the dependence of the signal noise of the ionization current 82 or the combustion parameter 78 on the burner output parameter 77. In preferred variants the relative lower signal limit 114 is constant. In further variants, the relative lower signal limit is proportional to the burner power parameter 77. In particularly preferred variants, the functional dependence of the relative lower signal limit 114 on the burner power parameter 77 is largely proportional to the functional dependence of a strength of the signal noise of the ionization current 82 on the burner power parameter 77.

In alternativen Ausführungsformen wird in einem zusätzlichen Schritt 116 eine zusätzliche Fluidzufuhränderung 118 erzeugt. Die zusätzlicheFluidzufuhränderung 118 ist der Fluidzufuhränderung 60 weitgehend entgegengesetzt. Auf diese Weise entspricht die mittlere Fluidzufuhrkenngröße 62 über einen Zeitraum der Fluidzufuhränderung 60 und der zusätzlichen Fluidzufuhränderung 118 weitgehend dem Normalzufuhrwert 70. In bevorzugten Ausführungsformen gleicht der Graph des zeitlichen Verlaufes der Fluidzufuhrkenngröße 62 der zusätzlichen Fluidzufuhränderung 118 dem am Normalzufuhrwert 70 gespiegelten und zeitlich verschobenen Graphen des zeitlichen Verlaufes der Fluidzufuhrkenngröße 62 der Fluidzufuhränderung 60. Dabei kann der Schritt 116 an einer beliebigen Stelle im Verfahren 54 ausgeführt werden. In Figur 6 ist eine Variante abgebildet, bei welcher der Schritt 116 nach dem Schritt 75 und vor dem Schritt 94 auf dem Pfad C bzw. nach dem Schritt 75 und vor dem Schritt 101 auf dem Pfad D ausgeführt wird. In bevorzugten Ausführungsformen ist der Schritt 116 so positioniert, dass die zusätzliche Fluidzufuhränderung 118 die mit der Fluidzufuhränderung 60 korrelierten Änderung der Verbrennungskenngröße 78 nicht beeinflusst. Bevorzugt wird Schritt 116 nach dem Schritt 58 ausgeführt, besonders bevorzugt nach dem Schritt 75.In alternative embodiments, an additional fluid supply change 118 is generated in an additional step 116. The additional fluid supply change 118 is largely opposite to the fluid supply change 60. In this way, the mean fluid supply parameter 62 over a period of the fluid supply change 60 and the additional fluid supply change 118 largely corresponds to the normal supply value 70. In preferred embodiments, the graph of the time course of the fluid supply parameter 62 of the additional fluid supply change 118 resembles the graph of the normal supply value 70 mirrored and shifted over time Temporal course of the fluid supply parameter 62 of the fluid supply change 60. In this case, step 116 can be carried out at any point in method 54. In Figure 6 a variant is shown in which step 116 is carried out after step 75 and before step 94 on path C or after step 75 and before step 101 on path D. In preferred embodiments, the step 116 is positioned such that the additional fluid supply change 118 corresponds to the fluid supply change 60 correlated change in the combustion parameter 78 is not influenced. Step 116 is preferably carried out after step 58, particularly preferably after step 75.

Im Ausführungsbeispiel ist die Fluidzufuhrkenngröße 62 eine Öffnungsweite 64 des Brennstoffventils 44. Anhand der vorgesehenen Öffnungsweite 64 wird von der Steuereinheit 18 ein Steuersignal an das Brennstoffventil 44 ermittelt und übermittelt. In alternativen Ausführungsformen ist die Fluidzufuhrkenngröße 62 ein Steuersignal an das Brennstoffventil 44 bzw. ein vom Steuersignal ableitbarer skalarer Wert. In weiteren Varianten entspricht die Fluidzufuhrkenngröße 62 einem Steuersignal zum Dosieren einer Verbrennungsluft und/oder einer Mischung aus einem Brennstoff und einer Verbrennungsluft. Dabei setzt sich das durch die Steuereinheit 18 gesendete Steuersignal aus mindestens einem Steuerbefehl an mindestens einen Dosierer 34 zusammen. Der mindestens eine Dosierer 34 ist mindestens ein Brennstoffventil 44 und/oder mindestens ein Gebläse 32. In alternativen Ausführungsformen wird ein Dosierungswert des Dosierers 34 gemessen und als Fluidzufuhrkenngröße 62 verwendet. Dabei ist unter "Dosierungswert" ein Kennwert zu verstehen, der den Zustand des Dosierers 34 beschreibt und der Rückschlüsse auf die durch den Dosierer 34 zugeführte und/oder durchgelassene Stoffmenge erlaubt. Ein Beispiel für ein Dosierungswert ist eine gemessene Öffnungsweite des Brennstoffventils 44 und/oder ein gemessener Brennstofffluss.In the exemplary embodiment, the fluid supply parameter 62 is an opening width 64 of the fuel valve 44. Using the provided opening width 64, the control unit 18 determines and transmits a control signal to the fuel valve 44. In alternative embodiments, the fluid supply parameter 62 is a control signal to the fuel valve 44 or a scalar value that can be derived from the control signal. In further variants, the fluid supply parameter 62 corresponds to a control signal for metering a combustion air and / or a mixture of a fuel and a combustion air. The control signal sent by the control unit 18 is composed of at least one control command to at least one metering device 34. The at least one metering device 34 is at least one fuel valve 44 and / or at least one blower 32. In alternative embodiments, a metering value of the metering device 34 is measured and used as the fluid supply parameter 62. "Dosage value" is to be understood as a characteristic value which describes the state of the dosing device 34 and which allows conclusions to be drawn about the amount of substance supplied and / or allowed through by the dosing device 34. An example of a dosage value is a measured opening width of the fuel valve 44 and / or a measured fuel flow.

Im Ausführungsbeispiel ist die Verbrennungskenngröße 78 ein lonisationsstrom 82. Der lonisationsstrom 82 wird durch eine lonisationsstrommessung an einer Flamme 40 des Heizsystems 46 bestimmt. Der lonisationsstrom 82 wird durch die lonisationssonde 42 ermittelt und an die Steuereinheit 18 übermittelt. In weiteren Ausführungsformen ist die Verbrennungskenngröße 78 eine Lichtintensität, ein Lambda-Wert, ein Schadstoffausstoß und/oder eine Temperatur. Dabei wird die Lichtintensität an der Flamme 40 durch eine Fotodiode ermittelt. Der Lambda-Wert wird mit einer Lambda-Sonde in einem Abgas gemessen. Das Abgassystem 38 weist die Lambda Sonde auf. Der Schadstoffausstoß wird durch eine Sensorvorrichtung ermittelt, welche sich an der Flamme 40 und/oder im Abgassystem 38 befindet. Die Temperatur wird durch ein Kontaktthermometer und/oder ein berührungslos arbeitendes Thermometer, insbesondere ein Pyrometer bestimmt. Dabei kann sich das Thermometer im Abgassystem 38 befinden und/oder die Flamme 40 vermessen.In the exemplary embodiment, the combustion parameter 78 is an ionization current 82. The ionization current 82 is determined by an ionization current measurement on a flame 40 of the heating system 46. The ionization current 82 is determined by the ionization probe 42 and transmitted to the control unit 18. In further embodiments, the combustion parameter 78 is one Light intensity, a lambda value, pollutant emissions and / or a temperature. The light intensity at the flame 40 is determined by a photodiode. The lambda value is measured with a lambda probe in an exhaust gas. The exhaust system 38 has the lambda probe. The pollutant emission is determined by a sensor device which is located on the flame 40 and / or in the exhaust system 38. The temperature is determined by a contact thermometer and / or a non-contact thermometer, in particular a pyrometer. The thermometer can be located in the exhaust system 38 and / or measure the flame 40.

Im Ausführungsbeispiel ist der Brennerleistungsparameter 77 die Gebläsedrehzahl 79. Die Gebläsedrehzahl 79 ist ein von der Steuereinheit 18 bestimmter Kennwert, welcher ein Gebläsesteuersignal bestimmt. In alternativen Ausführungsformen ist der Brennerleistungsparameter 77 eine gemessene Gebläsedrehzahl und/oder eine Temperatur und oder eine Luftdurchflussmenge und/oder eine Durchflussmenge des Luft-Brennstoff-Gemisches. Dabei kann die Luftdurchflussmenge bzw. die Durchflussmenge des Luft-Brennstoff-Gemisches als ein Volumenfluss oder als ein Massenfluss bestimmt werden. In weiteren Ausführungsformen ist der Brennerleistungsparameter 77 eine Laufzeit einer Verbrennungsluft und/oder einer Mischung aus einem Brennstoff und Verbrennungsluft. In besonderen Varianten wird eine Laufzeit als Zeitdifferenz zwischen der Fluidzufuhränderung 60 und der mit der Fluidzufuhränderung 60 korrelierten zeitlichen Änderung der Verbrennungskenngröße 78 bestimmt. Die Laufzeit entspricht der Zeit, welche die Mischung aus Brennstoff und Verbrennungsluft benötigt, um von dem Brennstoffventil 44 zur lonisationssonde 42 zu gelangen. Die Laufzeit ist ein Maß für die Durchflussmenge des Luft-Brennstoff-Gemisches. Diese Parameter können auch in Kombination eingesetzt werden. Dabei kann die Temperatur im Abgassystem 38 und/oder von der Flamme 40 bestimmt werden.In the exemplary embodiment, the burner output parameter 77 is the fan speed 79. The fan speed 79 is a characteristic value determined by the control unit 18, which determines a fan control signal. In alternative embodiments, the burner output parameter 77 is a measured fan speed and / or a temperature and / or an air flow rate and / or a flow rate of the air-fuel mixture. The air flow rate or the flow rate of the air-fuel mixture can be determined as a volume flow or as a mass flow. In further embodiments, the burner output parameter 77 is a running time of a combustion air and / or a mixture of a fuel and combustion air. In special variants, a running time is determined as the time difference between the fluid supply change 60 and the time change in the combustion parameter 78 correlated with the fluid supply change 60. The running time corresponds to the time which the mixture of fuel and combustion air needs to get from the fuel valve 44 to the ionization probe 42. The running time is a measure of the flow rate of the air-fuel mixture. These parameters can also be used in combination will. The temperature in the exhaust system 38 and / or by the flame 40 can be determined.

Im Ausführungsbeispiel hat die Fluidzufuhränderung 60 eine weitgehend rechteckige Form. In alternativen Ausführungsformen hat die Fluidzufuhränderung 60 weitgehend die Form einer Rampe und/oderweitgehend eine Dreiecksform und/oder weitgehend die Form eines Sinus und/oder weitgehend eine Gaußform. Die aus der Fluidzufuhränderung 60 resultierende Änderung einer Konzentration des Brennstoffs im Brenner 28 hat im Allgemeinen eine andere Form als die Fluidzufuhränderung 60. Im Ausführungsbeispiel hängt die Fluidzufuhränderung 60 vom Brennerleistungsparameter 77 ab. Die Pulshöhe 74 und Pulsbreite 76 hängen jeweils linear von der Gebläsedrehzahl 79 ab. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Heizsystem 46 durch die Fluidzufuhränderung 60 nicht zu stark in seinem Regelbetrieb gestört wird. In alternativen Ausführungen weist die Fluidzufuhränderung 60 einen funktionalen Zusammenhang zum Brennerleistungsparameter 77 auf. Der funktionale Zusammenhang ist so gewählt, dass eine gute Detektion des relativen Signalmaximums 80 unter der Berücksichtigung der technischen Eigenschaften des Heizsystems 46 möglich ist. Treten beispielsweise bei bestimmten Gebläsedrehzahlen 79 Resonanzen auf, welche das Signalrauschen des lonisationsstroms 82 vergrößern, so wird bei diesen Gebläsedrehzahlen 79 die Fluidzufuhränderung 60 erhöht.In the exemplary embodiment, the fluid supply change 60 has a largely rectangular shape. In alternative embodiments, the fluid supply change 60 has largely the shape of a ramp and / or largely a triangular shape and / or largely the shape of a sinus and / or largely a Gaussian shape. The change in a concentration of the fuel in the burner 28 resulting from the fluid supply change 60 generally has a different form than the fluid supply change 60. In the exemplary embodiment, the fluid supply change 60 depends on the burner output parameter 77. The pulse height 74 and pulse width 76 each depend linearly on the fan speed 79. In this way, it is ensured that the heating system 46 is not disturbed too much in its regular operation by the fluid supply change 60. In alternative embodiments, the fluid supply change 60 has a functional relationship with the burner output parameter 77. The functional relationship is selected so that good detection of the relative signal maximum 80 is possible, taking into account the technical properties of the heating system 46. If, for example, resonances occur at certain fan speeds 79, which increase the signal noise of the ionization stream 82, then at these fan speeds 79 the fluid supply change 60 is increased.

Claims (10)

  1. Method (54) for controlling a fuel/air ratio (56) in a heating system (46), which method comprises the following steps:
    • generating a temporary, fluid supply change (60) in a fluid supply characteristic variable (62) with respect to time,
    • attempting to ascertain a relative signal maximum (80) of a change in at least one combustion characteristic variable (78) with respect to time which is correlated with the fluid supply change (60) with respect to time,
    • establishing a fault state (96) if the relative signal maximum (80) undershoots a signal lower limit (98) if a relative signal maximum (80) has been ascertained,
    • calibrating the heating system (46) if a fault state (96) is established,
    characterized in that the fluid supply change (60) is selected depending on a burner power parameter (77) and wherein the power of the heating system (46) can be ascertained on the basis of the burner power parameter (77) .
  2. Method (54) for controlling a fuel/air ratio (56) in a heating system (46) according to Claim 1, characterized in that a fault state (96) is established if no relative signal maximum (80) has been ascertained.
  3. Method (54) for controlling a fuel/air ratio (56) in a heating system (46) according to either of the preceding claims, characterized in that the signal lower limit (98) is selected depending on the burner power parameter (77).
  4. Method (54) for controlling and a fuel/air ratio (56) in a heating system (46) according to one of the preceding claims, characterized in that a temporary additional fluid supply change (118) with respect to time is generated in an additional step, wherein this additional fluid supply change (118) largely opposes the fluid supply change (60).
  5. Method (54) for controlling a fuel/air ratio (56) in a heating system (46) according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid supply characteristic variable (62) corresponds to a control signal for metering a fuel and/or combustion air and/or a mixture of a fuel and combustion air.
  6. Method (54) for controlling and a fuel/air ratio (56) in a heating system (46) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one combustion characteristic variable (78) is determined by ionization current measurement at a flame (40) of the heating system (46).
  7. Method (54) for controlling a fuel/air ratio (56) in a heating system (46) according to one of the preceding claims, characterized in that the burner power parameter (77) is a fan rotation speed (79) or is dependent on the said fan rotation speed and/or is a mass flow of combustion air and/or a mixture of a fuel and combustion air or is dependent on the said mass flow and/or is a volume flow of combustion air and/or a mixture of a fuel and combustion air or is dependent on the said volume flow and/or is a propagation time of combustion air and/or a mixture of a fuel and combustion air or is dependent on the said propagation time.
  8. Method (54) for controlling a fuel/air ratio (56) in a heating system (46) according to one of the preceding claims, characterized in that that the fluid supply change (60) with respect to time has an at least largely rectangular form.
  9. Control unit (18) for a heating system (46), wherein the control unit (18) is designed to be able to execute a method (54) for controlling a fuel/air ratio (56) in a heating system (46) according to one of the preceding claims.
  10. Heating system (46) comprising a control unit (18) according to Claim 9, comprising at least one metering device (34) for a fuel and/or for combustion air and/or for a mixture of a fuel and combustion air, and also comprising an ionization probe (42) at a flame (40) and comprising a fan (32) with a variable fan rotation speed (79) .
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