Die Erfindung betrifft Regelungsverfahren für ein Gasverbrennungsgerät, insbesondere für ein Gasheizgerät. Ein solches Gasverbrennungsgerät weist üblicherweise ein Stellglied in Form einer Gasarmatur auf, mit dem ein Mischungsverhältnis von Brenngas und Luft einstellbar ist, wobei die so eingestellte Mischung aus Brenngas und Luft einem Brenner des Gerätes zur Verbrennung zugeführt wird. Bei modernen Gasverbrennungsgeräten ist im Abgasstrang ein Sensor, z.B. eine λ-Sonde, angeordnet, um so einen λ-Wert zu sensieren, der mit dem Sauerstoffgehalt des Abgases korreliert. Dieser λ-Sensor ist mit einem Regelsystem verbunden, das außerdem mit dem Stellglied gekoppelt ist. Dieses Regelsystem ermöglicht nun eine λ-geführte Regelung des Stellgliedes, d.h. das Regelsystem führt einen Soll-Ist-Vergleich eines vom λ-Sensor ermittelten λ-Istwertes mit einem am Regelsystem eingestellten oder darin gespeicherten λ-Sollwert durch und betätigt in Abhängigkeit dieses Soll-Ist-Vergleichs das Stellglied, um so den gewünschten λ-Sollwert einzuregeln. Der vorgegebene λ-Sollwert entspricht dabei einem optimalen Arbeitspunkt des jeweiligen Gasverbrennungsgerätes, bei dem beispielsweise eine minimale Schadstoffemission und eine lange Lebensdauer für das Gasverbrennungsgerät erreicht werden.
Durch Verschmutzung und/oder Alterung des Gasverbrennungsgerätes kann es im Laufe der Betriebszeit des Gerätes dazu kommen, daß ein oberer oder unterer Grenzwert für die am Stellglied einstellbare Stellgröße erreicht Eine über diese Grenzwerte hinausgehende Regelung ist nicht realisierbar, so daß das Gasverbrennungsgerät zunehmend in einem Arbeitspunkt betrieben wird, der sich mehr und mehr vom optimalen Arbeitspunkt entfernt. Dementsprechend können die Schadstoffe im Abgas die zulässigen Grenzwerte überschreiten; gleichzeitig kann sich dadurch die Lebensdauer des Brenners bzw. des gesamten Gasverbrennungsgerätes reduzieren. Schließlich kann das Gasverbrennungsgerät ausfallen.
Aus der EP 0 050 840 A1, DE 196 27 857 A1 und EP 0 209 771 A1 gehen Gasverbrennungsgeräte mit einem Stellglied zum Einstellen des Mischungsverhältnisses von Luft und Brenngas hervor. Dabei wird mit einem Sensor der Lambdawert erfasst und mit einem mikroprozessorgesteuerten Regelsystem, welches an den Sensor gekoppelt ist, verarbeitet. Weiterhin ist aus der US 5 329 273 A eine Kontrolleinrichtung für Signalanlagen bekannt, bei der eine Fehler- und Messwertstatistik erstellt und ausgewertet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Kenntnis des Ausfallzeitpunkts, bei dem die Stellgröße einen ihrer Grenzwerte erreicht, rechtzeitig eine Wartung oder Inspektion des Gasverbrennungsgerätes durchgeführt werden kann, bevor es zu einem Betrieb des Gerätes außerhalb des optimalen Arbeitspunktes und bevor es zu einem Ausfall des Gerätes kommt. Die Betriebssicherheit des Gasverbrennungsgerätes kann dadurch insgesamt erhöht werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das Regelsystem ein Warnsignal erzeugen, wenn der berechnete Ausfallzeitpunkt innerhalb einer vorbestimmten Mindestzeitspanne liegt. Hierdurch wird die Sicherheit, daß eine Wartung oder Inspektion des Gerätes noch vor seinem Ausfall durchgeführt wird, zusätzlich erhöht, da das
Warnsignal den Betreiber oder Verwender des Gerätes rechtzeitig warnt. Ein solches Warnsignal kann beispielsweise durch ein entsprechendes Lichtzeichen an einem Display des Gerätes realisiert sein.
Zusätzlich oder alternativ kann das Regelsystem auch dann ein Warnsignal erzeugen, wenn der Ausfallzeitpunkt bereits erreicht oder überschritten ist. Durch diese Maßnahme kann dem Betreiber oder Verwender des Gasverbrennungsgerätes die erhöhte Dringlichkeit zur Durchführung einer Inspektion oder Wartung signalisiert werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das Regelsystem aus einem historischen zeitlichen Verlauf der Stellgröße einen zukünftigen zeitlichen Verlauf der Stellgröße berechnen und daraus den Ausfallzeitpunkt berechnen. Beispielsweise kann in den historischen zeitlichen Verlauf der Stellgröße eine Gerade interpoliert werden, deren Extrapolation den zukünftigen zeitlichen Verlauf der Stellgröße ergibt. Aus der Länge der extrapolierten Geraden bis zu einem Schnittpunkt mit dem jeweiligen Grenzwert der Stellgrößen kann dann der Ausfallzeitpunkt ermittelt werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch,
Entsprechend Fig. 1 weist ein nur teilweise dargestelltes Gasverbrennungsgerät 1 einen Brenner 2 auf, der in einem Brennraum 3 angeordnet ist. Das Gasverbrennungsgerät 1 kann beispielsweise als Gasheizgerät ausgebildet sein und in einer Heizungsanlage eines Gebäudes zum Einsatz kommen. Das Gasverbrennungsgerät 1 weist außerdem ein Stellglied 4 auf, das hier durch eine Gasmischarmatur gebildet ist. Das Stellglied 4 ist eingangsseitig an eine Luftleitung 5 und an eine Brenngasleitung 6 angeschlossen, über die das Stellglied 4 mit Luft bzw. Brenngas versorgt wird. Ausgangsseitig ist an das Stellglied 4 eine Gemischleitung 7 angeschlossen, die das vom Stellglied 4 erzeugte Brenngas-Luft-Gemisch dem Brenner 2 zuführt.
An die Brennkammer 3 ist eine Abgasleitung 8 angeschlossen, in der ein Sensor 9 angeordnet ist. Dieser Sensor 9, der beispielsweise als λ-Sonde ausgebildet ist, kann den Sauerstoffgehalt λ des über die Abgasleitung 8 aus dem Brennraum 3 abgeführten Verbrennungsabgases ermitteln.
Das Gasverbrennungsgerät 1 weist außerdem ein Regelsystem 10 auf, das über eine Signalleitung 11 mit dem Sensor 9 und über eine Steuerleitung 12 mit dem Stellglied 4 verbunden ist. Das Regelsystem 10 enthält beispielsweise einen Mikroprozessor 13 sowie einen damit zusammenwirkenden Speicher 14. Das Regelsystem 10 kann außerdem eine erste Signalleuchte 15 sowie eine zweite Signalleuchte 16 aufweisen.
In dem in Fig. 2 dargestellten Diagramm sind auf der Ordinate die Stellgröße y des Stellglieds 4 und auf der Abzisse die Zeit t aufgetragen. Der obere Grenzwert und der untere Grenzwert der am Stellglied 4 einstellbaren Stellgrößen y sind mit ymax und ymin bezeichnet.
Das Gasverbrennungsgerät 1 arbeitet wie folgt:
Das Regelsystem 10 ist so ausgebildet, daß es für das Gasverbrennungsgerät 1 bzw. für den Brenner 2 im Betrieb einen optimalen Arbeitspunkt einregelt. Diesem Arbeitspunkt ist eine bestimmte Sollgröße für den λ-Wert im Abgas zugeordnet. Dieser λ-Sollwert ist beispielsweise im Speicher 14 abgelegt. Dementsprechend führt das Regelsystem 10 eine λ-geführte Regelung des Stellgliedes 4 durch, indem das Regelsystem 10 in Abhängigkeit eines Soll-Ist-Vergleichs zwischen dem gespeicherten λ-Sollwert und dem von der Sonde 9 aktuell ermittelten λ-Istwert das Stellglied 4 betätigt. Die Betätigbarkeit des Stellgliedes 4 ist durch die Grenzwerte ymin und ymax der am Stellglied 4 einstellbaren Stellgrößen y begrenzt. Das Stellglied 4 und das Regelsystem 10 sind so ausgebildet und so miteinander verbunden, daß das Regelsystem 10 stets die aktuell am Stellglied 4 eingestellte Stellgröße y kennt. Außerdem kennt das Regelsystem 10 die Grenzwerte ymin und ymax. Die Regelung kann permanent oder zyklisch getaktet durchgeführt werden.
Das Regelsystem 10 ist so ausgebildet, daß es einen historischen zeitlichen Verlauf Vh der am Stellglied 4 eingestellten Stellgrößen y erfaßt. Durch die verschiedenen Regelungseingriffe des Regelsystems 10 ergibt sich für den historischen Verlauf Vh beispielsweise die in Fig. 2 gezeigte Schlangenlinie. Das Regelsystem 10 kann nun für einen aktuellen Zeitpunkt t0 aus dem historischen zeitlichen Verlauf Vh einen zukünftigen zeitlichen Verlauf Vz für die am Stellglied 4 einzustellenden Stellgrößen y berechnen. In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird hierfür eine Gerade durch den historischen Verlauf Vh gelegt (interpoliert). Dieser zukünftige zeitliche Verlauf Vz wird nun mit demjenigen Grenzwert ymax oder ymin geschnitten, auf den sich der historische zeitliche Verlauf Vh zubewegt. Im vorliegenden Fall steigt der historische Verlauf Vh an, so daß der zukünftige Verlauf Vz den oberen Grenzwert ymax bei I schneidet. Aus diesem Schnittpunkt I kann nun ein in der Zukunft liegender Ausfallzeitpunkt t2 bestimmt werden. Ausgehend von diesem Ausfallzeitpunkt t2 kann dann ein Warnzeitpunkt t1 ermittelt werden, der sich aus einer vorbestimmten Mindestzeitspanne tmin ergibt, die in Fig. 2 durch eine geschweifte Klammer gekennzeichnet ist. Diese Mindestzeitspanne tmin ist im Regelsystem 10 gespeichert und kann sich aus Wartungsintervallen ergeben und beispielsweise eine Zeitspanne von zwei bis drei Monate betragen.
Das Regelsystem 10 überprüft nun, ob eine vom aktuellen Zeitpunkt t0 bis zum errechneten Ausfallzeitpunkt t2 verbleibende Zeitspanne tv größer ist als die vorbestimmte Mindestzeitspanne tmin. Die verbleibende Zeitspanne tv ist in Fig. 2 ebenfalls durch eine geschweifte Klammer gekennzeichnet. Mit anderen Worten: Das Regelsystem 10 überprüft, ob ausgehend vom aktuellen Zeitpunkt t0 nach Ablauf der Mindestzeitspanne tmin der Ausfallzeitpunkt t2 erreicht ist.
Sobald der historische Verlauf Vh soweit fortgeschritten ist, daß der aktuelle Zeitpunkt t0 innerhalb der Mindestzeitspanne tmin liegt, erzeugt das Regelsystem 10 ein Warnsignal, beispielsweise durch eine blinkende Betätigung der ersten Signalleuchte 15. Durch die Auswahl der Mindestzeitspanne tmin wird einerseits gewährleistet, daß hinreichend Zeit zur Verfügung steht, um rechtzeitig eine Inspektion oder Wartung des Heizgerätes 1 durchführen zu können. Andererseits ergibt sich durch die Mindestzeitspanne tmin eine Sicherheitsreserve yr für die bis zum oberen Grenzwert ymax noch am Stellglied 4 einstellbaren Stellgrößen y. Hierdurch kann eine sichere Regelung des Stellglieds 4 und somit ein ordnungsgemäßer Betrieb des Brenners 2 bzw. des Gerätes 1 zumindest zu Beginn der Mindestzeitspanne tmin gewährleistet werden. Die genannte Sicherheitsreserve yr ergibt sich dabei aus einer Schnittstelle II des Warnzeitpunktes t1 mit dem zukünftigen zeitlichen Verlauf Vz.
Die hier vorgesehene zweite Signalleuchte 16 wird vom Regelsystem 10 dann aktiviert, wenn der historische zeitliche Verlauf Vh den Ausfallzeitpunkt t2, also die Schnittstelle I erreicht oder übersteigt. Das heißt, wenn der aktuelle Zeitpunkt t0 mit dem Ausfallzeitpunkt t2 zusammenfällt. Spätestens ab diesem Zeitpunkt t2 kann ein ordnungsgemäßer Betrieb des Brenners 2 bzw. des Geräts 1 im optimalen Arbeitspunkt nicht mehr gewährleistet werden.
Obwohl in der beschriebenen Ausführungsform ein ansteigender zeitlicher Verlauf V der Stellgröße y beschrieben worden ist, kann die Stellgröße y im Verlaufe der Zeit t auch abfallen, wobei dann Entsprechendes für den unteren Grenzwert ymin gilt.