Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Flammensignalerfassung bzw. Flammenwiderstandserfassung in einem Brenner, insbesondere einem Öl- oder Gasbrenner. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anpassung der Signalerfassung eines Verbrennungsregelungssystems an den Flammenwiderstandsbereich eines Brenners. Hintergrund der Erfindung

Im Stand der Technik sind Verfahren bekannt, bei denen die Bestimmung einer Betriebsgröße eines Brenners, beispielsweise der Luftzahl λ, durch Messung eines von einer in den Brennraum eingebrachten lonisationselektrode abfließenden lonisationsstroms erfolgt. Dabei wird an der lonisationselektrode eine Wechselspannung angelegt und ein von der lonisationselektrode abfließender, aufgrund der Gleichrichtereigenschaft der Flamme gleichgerichteter Strom als lonisationsstrom erfasst. Mittels einer Regelschaltung wird dann der gemessene lonisationsstrom mit einem dem eingestellten Sollwert der Luftzahl entsprechenden Sollwert für den lonisationsstrom verglichen, und die Zusammensetzung des Luft-Brennstoff-Gemisches entsprechend nachgeregelt. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der Druckschrift DE 44 33 425 AI beschrieben. Gleichzeitig ist bekannt, das Vorhandensein einer Flamme im Brennraum mittels lonisationsstrommessung bzw. Flammenwiderstandsmessung zu detektieren.

Bei diesen vorbekannten Verfahren tritt jedoch das Problem auf, dass die Regelschaltung eine festgelegte Messauflösung besitzt, der erfasste lonisationsstrom jedoch einen nichtlinearen Verlauf über seinen Modulationsbereich aufweist. Daher ist es nicht möglich, an mehreren Betriebspunkten des Brenners den lonisationsstrom bzw. Flammenwiderstand mit der für den jeweiligen Betriebspunkt optimalen Messauflösung zu erfassen. Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen zur Flammensignalerfassung bereitzustellen, die frei von den oben festgestellten Problemen im Stand der Technik sind. Es ist insbesondere Aufgabe der Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen zur Flammensignalerfassung bereitzustellen, die es ermöglichen, den lonisationsstrom bzw. Flammenwiderstand an voneinander verschiedenen Betriebspunkten des Brenners mit der jeweils optimalen Messauflösung zu erfassen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Linearisierung des lonisationsstromsignals über seinen gesamten Modulationsbereich zu erzielen.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden ein Verfahren zur Flammensignalerfassung und eine Vorrichtung zur Flammensignalerfassung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Flammensignalerfassung mittels einer in einen Brennraum eines Brenners hineinragenden lonisationselektrode vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte: Erfassen eines ersten Signals, das von einem von der lonisationselektrode abfließenden lonisationsstrom abhängig ist, Erzeugen eines zweiten Signals, das einen vorgegebenen, periodischen Verlauf aufweist, Erzeugen eines dritten Signals durch Addieren des ersten Signals und des zweiten Signals, Vergleichen des dritten Signals mit einem ersten Schwellwert, Vergleichen des dritten Signals mit einem zweiten, von dem ersten Schwellwert verschiedenen Schwellwert, Erzeugen eines vierten Signals auf Grundlage des Vergleichs des dritten Signals mit dem ersten Schwellwert (d.h. Erzeugen des vierten Signals durch Vergleichen des dritten Signals mit dem ersten Schwellwert), Erzeugen eines fünften Signals auf Grundlage des Vergleichs des dritten Signals mit dem zweiten Schwellwert (d.h. Erzeugen des fünften Signals durch Vergleichen des dritten Signals mit dem zweiten Schwellwert), und Bestimmen einer Betriebsgröße des Brenners auf Grundlage zumindest eines des vierten Signals und des fünften Signals.

Der erste und zweite Schwellwert können dabei jeweils fest vorgegeben sein. Bei den vierten und fünften Signalen kann es sich jeweils um ein Signal (z.B. Spannungssignal) mit einer Abfolge von Rechteckpulsen, insbesondere um ein pulsweitenmoduliertes (PWM) Signal, handeln. Bei der Betriebsgröße des Brenners kann es sich beispielsweise um den lonisationsstrom, den Flammenwiderstand, die Flammentemperatur, die Luftzahl, oder die Brennerleistung handeln.

Das oben beschriebene Verfahren ermöglicht es, durch geeignete Wahl des Kurven Verlaufs und der ersten und zweiten Schwellwerte Signale zu erzeugen, die jeweils für verschiedene Betriebspunkte oder Betriebsbereiche des Brenners optimale Messauflösung (Empfindlichkeit) für die Auswertung des lonisationsstromsignals bieten. Beispielsweise kann einerseits das Vorhandensein der Flamme im Anlaufbetrieb des Brenners, also bei großem Flammenwiderstand und kleinem lonisationsstrom, mit hoher Verlässlichkeit und Zeitauflösung detektiert werden. Andererseits kann gleichzeitig der Flammenwiderstand im Betrieb nahe der optimalen Luftzahl, also bei kleinem Flammenwiderstand und großem lonisationsstrom, mit hoher Genauigkeit bestimmt werden, und auf dessen Grundlage die Zusammensetzung des Luft- Brennstoff-Gemisches mit hoher Genauigkeit nachgeregelt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren bewirkt daher eine Linearisierung des lonisationsstromsignals über den Modulationsbereich des Brenners und ermöglicht so eine sichere und stabile Regelung des Brennvorgangs.

Vorzugsweise weist der vorgegebene Verlauf des zweiten Signals einen ersten Abschnitt (Kurvenabschnitt) mit einem ersten Steigungswert und einen zweiten Abschnitt (Kurvenabschnitt) mit einem zweiten, von dem ersten Steigungswert verschiedenen Steigungswert auf. Bevorzugt weist der vorgegebene Kurvenverlauf eine aufsteigende Flanke und eine absteigende Flanke auf, und der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt sind jeweils gemeinsam in der aufsteigenden Flanke, oder gemeinsam in der absteigenden Flanke angeordnet. Dabei können der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt jeweils die Form einer Gerade haben, also Geradenabschnitte sein. Alternativ kann es sich bei den ersten und zweiten Abschnitten um angenäherte Geraden handeln, die gemittelte Steigungs werte aufweisen. Die ersten und zweiten Abschnitte können aneinander anschließen, bzw. im zeitlichen Verlauf des Kurvenverlaufs aufeinander folgen. Durch geeignete Wahl der unterschied lichen Steigungswerte der ersten und zweiten Abschnitte kann die jeweils gewünschte Messauflösung (Empfindlichkeit) für verschiedene Betriebszustände oder Betriebsbereiche des Brenners unabhängig voneinander gewählt werden. In Ausführungsformen der Erfindung ist der erste Schwellwert so gewählt, dass für einen in einem ersten Betriebszustand (bzw. in einem ersten Betriebsbereich oder an einem ersten Betriebspunkt) des Brenners auftretenden lonisationsstrom das d ritte Signal den ersten Schwellwert jeweils an einem ersten Zeitpunkt in nerhalb der Periode des zweiten Signals (bzw. innerhalb der Periode das näherungsweise periodischen dritten Signals) kreuzt, für den das zweite Signal einen Signalwert aufweist, der in den ersten Abschnitt des periodischen Verlaufs fällt. Mit anderen Worten ist der erste Schwellwert so gewählt, dass das zweite Signal an dem ersten Zeitpunkt einen Signalwert innerhalb des ersten Kurvenabschnitts aufweist. Dabei ist der erste Zeitpunkt der Zeitpunkt innerhalb der Periode des zweiten Signals, für den der Wert (Signalwert) des dritten Signals gleich dem ersten Schwellwert ist. Befindet sich der erste Abschnitt innerhalb der aufsteigenden Flanke, ist der erste Zeitpunkt der Zeitpunkt, an dem das dritte Signal den ersten Schwellwert überschreitet. Befindet sich dagegen der erste Abschnitt innerhalb der absteigenden Flanke, ist der erste Zeitpunkt der Zeitpunkt, an dem das dritte Signal den ersten Schwellwert unterschreitet. In Ausführungsformen der Erfindung ist weiterhin der zweite Schwellwert so gewählt, dass für einen in einem zweiten Betriebszustand (bzw. in einem zweiten Betriebsbereich oder an einem zweiten Betriebspunkt) des Brenners auftretenden lonisationsstrom das dritte Signal den zweiten Schwellwert jeweils an einem zweiten Zeitpunkt innerhalb der Periode des zweiten Signals (bzw. innerhalb der Periode das näherungsweise periodischen dritten Signals) kreuzt, für den das zweite Signal einen Signalwert aufweist, der in den zweiten Abschnitt fällt. Mit anderen Worten ist der zweite Schwellwert so gewählt, dass das zweite Signal an dem zweiten Zeitpunkt einen Signalwert innerhalb des zweiten Kurvenabschnitts aufweist. Dabei ist der zweite Zeitpunkt der Zeitpunkt innerhalb der Periode des zweiten Signals, für den der Wert (Signalwert) des dritten Signals gleich dem zweiten Schwellwert ist. Befindet sich der zweite Abschnitt innerhalb der aufsteigenden Flanke, ist der zweite Zeitpunkt der Zeitpunkt, an dem das dritte Signal den zweiten Schwellwert überschreitet. Befindet sich dagegen der zweite Abschnitt innerhalb der absteigenden Flanke, ist der zweite Zeitpunkt der Zeitpunkt, an dem das dritte Signal den zweiten Schwellwert unterschreitet.

Durch die unterschiedliche Wahl der ersten und zweiten Schwellwerte, sowie der Steigungen der ersten und zweiten Kurvenabschnitte kann für sowohl den ersten Betriebszustand, als auch für den zweiten Betriebszustand eine für den jeweiligen Betriebszustand optimale Messauflösung erzielt werden. Beispielsweise bewirkt die Wahl einer kleineren Steigung für den ersten Kurvenabschnitt, dass kleine Änderungen im lonisationsstrom zu großen Änderungen in der Lage des ersten Zeitpunkts führen, d.h. eine hohe Messauflösung erzielt wird. Weiterhin bewirkt zum Beispiel die Wahl einer größeren Steigung für den zweiten Kurvenabschnitt, dass große Änderungen im lonisationsstrom zu nur kleinen Änderungen der Lage des zweiten Zeitpunkts führen, so dass Änderungen des lonisationsstroms über einen großen Wertebereich hinweg erfasst und ausgewertet werden können. Bevorzugt ist der erste Steigungswert geringer als der zweite Steigungswert, und der erste Betriebszustand entspricht einem höheren Flammenwiderstand als der zweite Betriebszustand. Bei höherem Flammenwiderstand, beispielsweise beim Anlaufen des Brenners, ist der lonisationsstrom klein und weist absolut gesehen entsprechend kleine Änderungen auf. Durch Wahl einer geringeren Steigung für den ersten Kurvenabschnitt können auch solche verhältnismäßig kleinen Änderungen des lonisationsstroms detektiert, und ein Vorhandensein der Flamme kann zuverlässig detektiert werden. Gleichzeitig kann die Zusammensetzung des Luft- Brennstoff-Gemisches mit hoher Genauigkeit nachgeregelt werden. Bei geringerem Flam menwiderstand, beispielsweise im Heizbetrieb des Brenners in der Nähe einer optimalen Luftzahl, ist der lonisationsstrom entsprechend größer und weist entsprechend Änderungen über einen großen Wertebereich hinweg auf. Durch Wahl einer größeren Steigung für den zweiten Kurvenabschnitt können Änderungen des lonisationsstroms selbst über einen solchen großen Wertebereich erfasst werden, so dass auch hier die Zusammensetzung des Luft- Brennstoff-Gemisches mit hoher Genauigkeit nachgeregelt werden kann. Dadurch wird im Ergebnis eine sichere und stabile Regelung des Verbrennungssystems erreicht.

Bevorzugt wird der Wert der Betriebsgröße durch mathematische und/oder logische Verknüpfung des vierten Signals und des fünften Signals (oder jeweils daraus abgeleiteter Signale) bestimmt. Beispielsweise kann das Verfahren die weiteren Schritte besitzen: Bestimmen eines ersten Wertes der Betriebsgröße des Brenners auf Grundlage des vierten Signals, Bestimmen eines zweiten Wertes der Betriebsgröße des Brenners auf Grundlage des fünften Signals, und Bestimmen eines dritten Wertes der Betriebsgröße des Brenners auf Grundlage zumindest eines des ersten Wertes und des zweiten Wertes. Dabei kann der dritte Wert durch mathematische und/oder logische Verknüpfung des ersten Wertes und des zweiten Wertes erhalten werden. Beispielsweise kann in Abhängigkeit von dem ersten Wert und dem zweiten Wert entschieden werden, den ersten Wert als den dritten Wert auszugeben, oder den zweiten Wert als den dritten Wert auszugeben, oder eine gewichtete Summe des ersten Werts und des zweiten Werts als den dritten Wert auszugeben. Die Gewichtung kann dabei in Abhängigkeit von einem aus dem ersten und/oder zweiten Wert abgeleiteten Betriebszustand erfolgen.

Durch eine solche Bestimmung des Werts der Betriebsgröße des Brenners kann jeweils auf dasjenige der vierten und fünften Signale zurückgegriffen werden, das für den momentanen Betriebszustand oder Betriebsbereich des Brenners die optimale Messauflösung liefert.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Flammensignalerfassung mittels einer in einen Brennraum eines Brenners hineinragenden lonisationselektrode vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst Mittel (z.B. eine Messeinrichtung) zum Erfassen eines ersten Signals, das von einem von der lonisationselektrode abfließenden lon isationsstrom abhängig ist, Mittel (z.B. einen Signalgenerator) zum Erzeugen eines zweiten Signals, das einen vorgegebenen, periodischen Verlauf aufweist, Mittel (z.B. einen Addierer) zum Erzeugen eines dritten Signals durch Addieren des ersten Signals und des zweiten Signals, Mittel (z.B. einen ersten Vergleicher) zum Vergleichen des dritten Signals mit einem ersten Schwellwert und zum Erzeugen eines vierten Signals auf Grundlage des Vergleichs des dritten Signals mit dem ersten Schwellwert (d.h. zum Erzeugen des vierten Signals durch Vergleichen des dritten Signals mit dem ersten Schwellwert), Mittel (z.B. einen zweiten Vergleicher) zum Vergleichen des dritten Signals mit einem zweiten, von dem ersten Schwellwert verschiedenen Schwellwert und zum Erzeugen eines fünften Signals auf Grundlage des Vergleichs des dritten Signals mit dem zweiten Schwellwert (d.h. zum Erzeugen des fünften Signals durch Vergleichen des dritten Signals mit dem zweiten Schwellwert), und Mittel (z.B. eine Auswertungsschaltung) zum Bestimmen einer Betriebsgröße des Brenners auf Grundlage zumindest eines des vierten Signals und des fünften Signals. Der erste und zweite Schwellwert können dabei jeweils fest vorgegeben sein. Bei den vierten und fünften Signalen kann es sich jeweils um ein Signal (z.B. Spannungssignal) mit einer Abfolge von Rechteckpulsen, insbesondere um ein PWM-Signal, handeln.

Vorzugsweise weist der vorgegebene Verlauf des zweiten Signals einen ersten Abschnitt (Kurvenabschnitt) mit einem ersten Steigungswert und einen zweiten Abschnitt (Kurvenabschnitt) mit einem zweiten, von dem ersten Steigungswert verschiedenen Steigungswert auf. Bevorzugt weist der vorgegebene Kurvenverlauf eine aufsteigende Flanke und eine absteigende Flanke auf, und der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt sind jeweils gemeinsam in der aufsteigenden Flanke, oder gemeinsam in der absteigenden Flanke angeordnet. Dabei können der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt jeweils die Form einer Gerade haben, also Geradenabschnitte sein. Alternativ kann es sich bei den ersten und zweiten Abschnitten um angenäherte Geraden handeln, die gemittelte Steigungswerte aufweisen. Die ersten und zweiten Abschnitte können aneinander anschließen, bzw. im zeitlichen Verlauf des Kurvenveriaufs aufeinander folgen. In Ausführungsformen der Erfindung ist der erste Schwellwert so gewählt, dass für einen in einem ersten Betriebszustand (bzw. in einem ersten Betriebsbereich oder an einem ersten Betriebspunkt) des Brenners auftretenden lonisationsstrom das dritte Signal den ersten Schwellwert jeweils an einem ersten Zeitpunkt innerhalb der Periode des zweiten Signals (bzw. innerhalb der Periode das näherungsweise periodischen dritten Signals) kreuzt, für den das zweite Signal einen Signalwert aufweist, der in den ersten Abschnitt des periodischen Verlaufs fällt. Mit anderen Worten ist der erste Schwellwert so gewählt, dass das zweite Signal an dem ersten Zeitpunkt einen Signalwert innerhalb des ersten Kurvenabschnitts aufweist. Dabei ist der erste Zeitpunkt der Zeitpunkt innerhalb der Periode des zweiten Signals, für den der Wert (Signalwert) des dritten Signals gleich dem ersten Schwellwert ist. Befindet sich der erste Abschnitt innerhalb der aufsteigenden Flanke, ist der erste Zeitpunkt der Zeitpunkt, an dem das dritte Signal den ersten Schwellwert überschreitet. Befindet sich dagegen der erste Abschnitt innerhalb der absteigenden Flanke, ist der erste Zeitpunkt der Zeitpunkt, an dem das dritte Signal den ersten Schwellwert unterschreitet.

In Ausführungsformen der Erfindung ist weiterhin der zweite Schwellwert so gewählt, dass für einen in einem zweiten Betriebszustand (bzw. in einem zweiten Betriebsbereich oder an einem zweiten Betriebspunkt) des Brenners auftretenden lonisationsstrom das dritte Signal den zweiten Schwellwert jeweils an einem zweiten Zeitpunkt innerhalb der Periode des zweiten Signals (bzw. innerhalb der Periode das näherungsweise periodischen dritten Signals) kreuzt, für den das zweite Signal einen Signalwert aufweist, der in den zweiten Abschnitt fällt. Mit anderen Worten ist der zweite Schwellwert so gewählt, dass das zweite Signal an dem zweiten Zeitpunkt einen Signalwert innerhalb des zweiten Kurvenabschnitts aufweist. Dabei ist der zweite Zeitpunkt der Zeitpunkt innerhalb der Periode des zweiten Signals, für den der Wert (Signalwert) des dritten Signals gleich dem zweiten Schwellwert ist. Befindet sich der zweite Abschnitt innerhalb der aufsteigenden Flanke, ist der zweite Zeitpunkt der Zeitpunkt, an dem das dritte Signal den zweiten Schwellwert überschreitet. Befindet sich dagegen der zweite Abschnitt innerhalb der absteigenden Flanke, ist der zweite Zeitpunkt der Zeitpunkt, an dem das dritte Signal den zweiten Schwellwert unterschreitet.

Bevorzugt ist der erste Steigungswert geringer als der zweite Steigungswert, und der erste Betriebszustand entspricht einem höheren Flammenwiderstand als der zweite Betriebszustand.

In Ausführungsformen der Erfindung sind die Mittel zum Bestimmen der Betriebsgröße des Brenners dazu ausgestaltet, den Wert der Betriebsgröße durch mathematische und/oder logische Verknüpfung des vierten Signals und des fünften Signals (oder jeweils daraus abgeleiteter Signale) zu bestimmen. Beispielsweise können die Mittel zum Bestimmen der Betriebsgröße des Brenners dazu ausgestaltet sein, einen ersten Wert der Betriebsgröße des Brenners auf Grundlage des vierten Signals zu bestimmen, einen zweiten Wert der Betriebsgröße des Brenners auf Grundlage des fünften Signals zu bestimmen, und einen dritten Wert der Betriebsgröße des Brenners auf Grundlage zumindest eines des ersten Wertes und des zweiten Wertes zu bestimmen. Dabei kann der dritte Wert durch mathematische und/oder logische Verknüpfung des ersten Wertes und des zweiten Wertes erhalten werden. Beispielsweise kann in Abhängigkeit von dem ersten Wert und dem zweiten Wert entschieden werden, den ersten Wert als den dritten Wert auszugeben, oder den zweiten Wert als den dritten Wert auszugeben, oder eine gewichtete Summe des ersten Werts und des zweiten Werts als den dritten Wert auszugeben. Die Gewichtung kann dabei in Abhängigkeit von einem aus dem ersten und/oder zweiten Wert abgeleiteten Betriebszustand erfolgen. Kurze Beschreibung der Zeichnung

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, auf die jedoch die Erfindung in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung. Identische Elemente sind dabei in den Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und es wird auf Wiederholung der Beschreibung bereits beschriebener Elemente verzichtet. Es zeigen im Einzelnen:

Figur 1 eine Anordnung zur Messung des von einer in eine Flamme hineinragenden lonisationselektrode abfließenden lonisationsstroms,

Figur 2 eine beispielhafte schematische Darstellung eines Beispiels eines Verfahrens gemäß Ausführungsformen der Erfindung,

Figur 3 eine beispielhafte schematische Darstellung eines Beispiels des Zeitverlaufs des dritten Signals, und Figur 4 eine beispielhafte schematische Darstellung des Kurvenverlaufs des zweiten Signais über eine Periode des zweiten Signals.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Figur 1 zeigt eine Anordnung 10 zur Messung bzw. Erfassung des von einer in eine Flamme hineinragenden lonisationselektrode abfließenden lonisationsstroms, bzw. eines ersten Signals, das von dem lonisationsstrom abhängig ist. Mittels eines Transformators 11 wird eine bereitgestellte Versorgungsspannung (beispielsweise Netzspannung) in eine Wechselspannung geeigneter Amplitude umgesetzt und über einen Kondensator 14 an die lonisationselektrode 15 angelegt. Durch die Gleichrichtereigenschaft der Flamme wird der Kondensator 14 mit einer dem lonisationsstrom proportionalen Spannung aufgeladen. Dadurch kommt es zu einer Verschiebung des Nullpunkts der Wechselspannung. Die resultierende Wechselspannung, d.h. ein von dem von der lonisationselektrode 15 abfließenden Strom abhängiges Signal (Spannungssignal) wird durch einen Tiefpass 12 gefiltert, und der gefilterte Gleichspannungsanteil wird an einem Ausgang 13 der Anordnung 10 ausgegeben. Dabei handelt es sich aufgrund der Polarität der Gleichrichtereigenschaft der Flamme um eine negative Spannung. Die Anordnung 10 kann weiterhin geeignete Widerstände 16 umfassen. Bei dem ersten Signal handelt es sich beispielsweise um das an dem Ausgang 13 ausgegebene Signal. Figur 2 zeigt schematisch ein Blockdiagram eines Beispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die einzelnen Blöcke entsprechen dabei Verfahrensschritten bzw. entsprechenden Vorrichtungen und Mitteln, die zur Durchführung der jeweiligen Verfahrensschritte ausgestaltet sind. In Block 205 wird die Versorgungsspannung (beispielsweise Netzspannung) in eine Wechselspannung mit geeigneter Amplitude umgesetzt, und in Block 210 an die lonisationselektrode 15 angelegt. Oberhalb der Blöcke 205, 210 sind schematisch die an die lonisationselektrode 15 angelegte Wechselspannung sowie das resultierende, an der lonisationselektrode abgegriffene Spannungssignal dargestellt. Durch den von der lonisationselektrode 15 abfließenden Strom wird dem ursprünglichen Wechselspannungssignal ein negativer Offset aufgeprägt.

Das erhaltene Signal wird in Block 215 durch Verwendung des Tiefpasses 12 gefiltert. Dadurch wird ein erstes Signal, das von einem von der lonisationselektrode abfließenden lonisationsstrom abhängig ist, gewonnen. Mit anderen Worten wird durch den Tiefpass 12 der dem Wechselspannungssignal aufgeprägte negative Offset isoliert, und als erstes Signal ausgegeben. Ein Beispiel für den zeitlichen Verlauf des ersten Signals ist in Figur 2 unterhalb von Block 215 dargestellt. Es liegt bei der Durchführung der obenstehenden Schritte im Ermessen des Fachmanns, einzelne oder alle Schritte entsprechend abzuwandeln, solange im Ergebnis ein vom von der lonisationselektrode abfließenden lonisationsstrom abhängiges Signal gewonnen wird, und die Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Verfahren zur Erfassung eines solchen Signals beschränkt.

In Block 220 wird ein zweites Signal, das einen periodischen Verlauf (Kurvenverlauf) aufweist, beispielsweise ein Spannungssignal mit periodischen Kurvenverlauf, erzeugt. Dabei ist der periodische Verlauf im Betrieb des Brenners fest vorgegeben, kann aber grundsätzlich entsprechend den Brennereigenschaften gewählt bzw. angepasst werden. Die Erzeugung kann beispielsweise durch einen Kurvengenerator bzw. Signalgenerator erfolgen (Mittel zum Erzeugen des zweiten Signals). Dabei kann das zweite Signal durch Einsatz geeigneter Software und eines Digital-Analog-Wandlers, oder mitteis Pulsweitenmodulation erzeugt, und an die jeweiligen Brennereigenschaften angepasst werden. Ein brennerspezifischer Kurvenverlauf kann vorab in einem Speicher abgelegt werden. Ein schematisches Beispiel für den Kurvenverlauf ist in Figur 2 oberhalb von Block 220 dargestellt. Der vorgegebene Kurvenverlauf (d.h. der Signalwert als Funktion der Zeit) weist in jeder Periode des zweiten Signals einen ersten Abschnitt mit einem ersten Steigungswert (Änderung des Signalwerts pro Zeiteinheit, bzw. erste Zeitableitung des Kurvenverlaufs) und einen zweiten Abschnitt mit einem zweiten Steigungswert auf, wobei die beiden Steigungs werte voneinander verschieden sind. Der Kurvenverlauf weist weiterhin in jeder Periode eine aufsteigende Flanke und eine absteigende Flanke auf. Dabei sind der erste Abschnitt und er zweite Abschnitt bevorzugt jeweils in derselben Flanke angeordnet, d.h. beide in der aufsteigenden Flanke, oder beide in der absteigenden Flanke. Dabei können die beiden Abschnitte aneinander anschließen. Um im Ergebnis PWM-Signale mit fester Frequenz zu erhalten, kann zudem diejenige Flanke, in der die beiden Abschnitte nicht angeordnet sind, sehr steil bzw. im Wesentlichen senkrecht verlaufen. Im einfachsten Fall haben die beiden Abschnitte jeweils die Form einer Gerade bzw. einer angenäherten Gerade. Im Falle einer angenäherten Gerade kann der jeweilige Steigungswert durch Mittelung von Steigungswerten erhalten werden.

Beispiele zweier möglicher Kurvenverläufe des zweiten Signals sind in Figur 4 dargestellt. Beide Kurvenverläufe weisen einen ersten Abschnitt 401 geringeren Steigungswerts auf. Der erste der beiden Kurvenverläufe weist daneben einen zweiten Abschnitt 402 auf, und der zweite der beiden Kurvenabschnitte einen zweiten Abschnitt 403. Bei beiden Kurvenverläufen ist der Steigungswert des zweiten Abschnitts 402, 403 größer als der des ersten Abschnitts 401. Der erste Abschnitt 401 und der zweite Abschnitt 402, 403 schließen jeweils direkt aneinander an bzw. gehen ineinander über. Unterhalb des ersten Abschnitts 401 und/oder oberhalb des zweiten Abschnitts 402, 403 kann der Kurvenverlauf weitere Abschnitte aufweisen. Die absteigende Flanke des Kurvenverlaufs verläuft im Beispiel der Figur 4 im Wesentlichen senkrecht, um in den unten beschriebenen Blöcken 230, 235 PWM-Signale mit fester Frequenz zu erhalten. ln Block 225 werden das erste Signal und das zweite Signal miteinander addiert (gemischt), um ein drittes Signal zu erhalten. Die Addition bzw. Erzeugung des dritten Signals kann beispielsweise durch einen Addierer erfolgen (Mittel zum Erzeugen des dritten Signals). Die Gewichtung der beiden Signale wird dabei durch ein Mischungsverhältnis bzw. einen Mischwiderstand bestimmt. Durch geeignete Wahl des Mischungsverhältnisses kann die Empfindlichkeit bzw. Messauflösung des Gesamtsystems (also gleichermaßen für alle Betriebsbereiche) bestimmt werden. Höhere Gewichtung des ersten Signals erhöht die Empfindlichkeit der Messung, reduziert aber den Wertebereich, der durch die Messung abgedeckt wird. Eine höhere Gewichtung des zweiten Signals dagegen verringert die Empfindlichkeit der Messung, vergrößert aber den Wertebereich, der durch die Messung abgedeckt werden kann. Für konstanten lonisationsstrom ist das dritte Signal ein periodisches Signal mit einer Periode, die gleich der Periode des zweiten Signals ist, ansonsten ein näherungsweise periodisches Signal.

In Block 230 wird die so erhaltene Mischspannung, bzw. allgemein das dritte Signal, mit einem ersten Referenzwert (ersten Schwellwert) verglichen, und ein viertes Signal (z.B. Spannungssignal) wird auf Grundlage des Vergleichs erzeugt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem vierten Signal um ein Signal (z.B. Spannungssignal), das durch eine Abfolge von Rechteckpulsen gebildet wird, insbesondere um ein PWM-Signal. In diesem Fall wird ein erstes Niveau (z.B. das obere Niveau) des PWM-Signals ausgegeben, falls der Signalwert des dritten Signals oberhalb des ersten Schwellwerts liegt, und das zweite Niveau (z.B. das untere Niveau), falls der Signalwert des dritten Signals unterhalb des ersten Schwellwerts liegt. Der Vergleich des dritten Signals mit dem ersten Schwellwert kann beispielsweise mittels eines ersten Vergleichers (Mittel zum Erzeugen des vierten Signals) erfolgen. Ein schematisches Beispiel für den Zeitverlauf des vierten Signals ist in Figur 2 oberhalb von Block 250 dargestellt.

Der erste Referenzwert (Schwellwert) wird in Block 240 als konstantes Signal (z.B. Spannungssignal), beispielsweise durch Einsatz ^' einer steuerbaren Spannungsquelle oder eines DA-Wandlers (Mittel zum Erzeugen des ersten Schwellwerts) erzeugt. Die steuerbare Spannungsquelle kann beispielsweise mittels eines PWM-Steuersignals gesteuert werden. In Block 235 wird die Mischspannung, bzw. allgemein das dritte Signal, mit einem zweiten Referenzwert (zweiten Schwellwert) verglichen, und ein fünftes Signal (z.B. Spannungssignal) wird auf Grundlage des Vergleichs erzeugt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem fünften Signal um ein Signal (z.B. Spannungssignal), das durch eine Abfolge von Rechteckpulsen gebildet wird, insbesondere um ein PWM-Signal. In diesem Fall wird ein erstes Niveau (z.B. das obere Niveau) des PWM-Signals ausgegeben, falls der Signalwert des dritten Signals oberhalb des zweiten Schwellwerts liegt, und das zweite Niveau (z.B. das untere Niveau), falls der Signalwert des dritten Signals unterhalb des zweiten Schwellwerts liegt. Der Vergleich des dritten Signals mit dem zweiten Schwellwert kann beispielsweise mittels eines zweiten Vergleichers (Mittel zum Erzeugen des fünften Signals) erfolgen. Ein schematisches Beispiel für den Zeitverlauf des fünften Signals ist in Figur 2 oberhalb von Block 255 dargestellt.

Der zweite Referenzwert wird in Block 245 als konstantes Signal (z.B. Spannungssignal), beispielsweise durch Einsatz einer steuerbaren Spannungsquelle oder eines DA-Wandlers (Mittel zum Erzeugen des zweiten Schwellwerts) erzeugt. Die steuerbare Spannungsquelle kann beispielsweise mittels eines PWM-Steuersignals gesteuert werden. Bevorzugt wird der erste Schwellwert bei vorgegebenem Kurvenverlauf des zweiten Signals so gewählt, dass für einen in einem ersten Betriebszustand (bzw. in einem ersten Betriebsbereich oder an einem ersten Betriebspunkt) des Brenners auftretenden lonisationsstrom (bzw. Flammenwiderstand) das dritte Signal den ersten Schwellwert jeweils an einem ersten Zeitpunkt innerhalb der Periode des zweiten Signals (bzw. innerhalb der Periode das näherungsweise periodischen dritten Signals) kreuzt, für den das zweite Signal einen Signalwert aufweist, der in den ersten Abschnitt des periodischen Verlaufs fällt. Mit anderen Worten ist der erste Schwellwert so gewählt, dass das zweite Signal an dem ersten Zeitpunkt einen Signalwert innerhalb des ersten Kurvenabschnitts aufweist. Dabei ist der erste Zeitpunkt der Zeitpunkt innerhalb der Periode des zweiten Signals, für den der Wert (Signalwert) des dritten Signals gleich dem ersten Schwellwert ist. Befindet sich der erste Abschnitt innerhalb der aufsteigenden Flanke, ist der erste Zeitpunkt der Zeitpunkt, an dem das dritte Signal den ersten Schwellwert überschreitet. Befindet sich dagegen der erste Abschnitt innerhalb der absteigenden Flanke, ist der erste Zeitpunkt der Zeitpunkt, an dem das dritte Signal den ersten Schwellwert unterschreitet.

Beispielsweise kann es sich bei dem ersten Betriebszustand des Brenners um den Anlaufbetrieb handeln, in dem der Flammenwiderstand entsprechend groß ist (z.B. etwa 70 bis 100 ΜΩ). Wegen des großen Flammenwiderstand ergibt sich dann ein vergleichsweise kleiner lonisationsstrom mit absolut gesehen kleinen Änderungen pro Zeiteinheit. In diesem Fall kann der Steigungswert des ersten Abschnitts klein (bzw. kleiner als der Steigungswert des zweiten Abschnitts) gewählt werden, und der erste Schwellwert kann weiterhin so gewählt werden, dass in dem Zeitpunkt (erster Zeitpunkt), an dem das dritte Signal den ersten Schwellwert überschreitet (falls der erste Abschnitt in der aufsteigenden Flanke des zweiten Signals angeordnet ist) bzw. in dem Zeitpunkt, an dem es den ersten Schwellwert wieder unterschreitet (falls der erste Abschnitt in der absteigenden Flanke des zweiten Signals angeordnet ist), der Signalwert des zweiten Signals innerhalb des ersten Abschnitts liegt. Wegen der geringen Steigung des ersten Abschnitts resultieren nun bereits (absolut gesehen) kleine Änderungen des lonisationsstroms bzw. Flammenwiderstands in einer deutlichen Verschiebung des ersten Zeitpunkts, an dem das dritte Signal den ersten Schwellwert kreuzt. Somit können auch solche verhältnismäßig kleinen Änderungen des lonisationsstroms detektiert, und z.B. die Flamme zuverlässig erkannt werden. Daneben kann auch die Zusammensetzung des Luft-Brennstoff-Gemisches mit hoher Genauigkeit nachgeregelt werden. Entsprechend kann der zweite Schwellwert so gewählt werden, dass für einen in einem zweiten Betriebszustand (bzw. in einem zweiten Betriebsbereich oder an einem zweiten Betriebspunkt) des Brenners auftretenden lonisationsstrom (bzw. Flammenwiderstand) das dritte Signal den zweiten Schwellwert jeweils an einem zweiten Zeitpunkt innerhalb der Periode des zweiten Signals (bzw. innerhalb der Periode das näherungsweise periodischen dritten Signals) kreuzt, für den das zweite Signal einen Signalwert aufweist, der in den zweiten Abschnitt fällt. Mit anderen Worten ist der zweite Schwellwert so gewählt, dass das zweite Signal an dem zweiten Zeitpunkt einen Signalwert innerhalb des zweiten Kurvenabschnitts aufweist. Dabei ist der zweite Zeitpunkt der Zeitpunkt innerhalb der Periode des zweiten Signals, für den der Wert (Signalwert) des dritten Signals gleich dem zweiten Schwellwert ist. Befindet sich der zweite Abschnitt innerhalb der aufsteigenden Flanke, ist der zweite Zeitpunkt der Zeitpunkt, an dem das dritte Signal den zweiten Schwellwert überschreitet. Befindet sich dagegen der zweite Abschnitt innerhalb der absteigenden Flanke, ist der zweite Zeitpunkt der Zeitpunkt, an dem das dritte Signal den zweiten Schwellwert unterschreitet.

Beispielsweise kann es sich bei dem zweiten Betriebszustand des Brenners um den Betrieb (z.B. Heizbetrieb) in der Nähe einer optimalen Luftzahl (z.B. λ « 1,3) handeln, in dem der Flammenwiderstand entsprechend klein ist (z.B. etwa 70 bis 100 kQ). Wegen des kleinen Flammenwiderstand ergibt sich dann ein vergleichsweise großer lonisationsstrom mit absolut gesehen großen Änderungen pro Zeiteinheit. In diesem Fall kann der Steigungswert des zweiten Abschnitts groß gewählt werden (bzw. größer als der Steigungswert des ersten Abschnitts), und der zweite Schwellwert kann weiterhin so gewählt werden, dass in dem Zeitpunkt (zweiter Zeitpunkt), an dem das dritte Signal den zweiten Schwellwert überschreitet (falls der zweite Abschnitt in der aufsteigenden Flanke des zweiten Signals angeordnet ist) bzw. in dem Zeitpunkt, an dem es den zweiten Schwellwert wieder unterschreitet (falls der zweite Abschnitt in der absteigenden Flanke des zweiten Signals angeordnet ist), der Signalwert des zweiten Signals innerhalb des zweiten Abschnitts liegt. Wegen der großen Steigung des zweiten Abschnitts resultieren nun auch (absolut gesehen) große Änderungen des lonisationsstroms bzw. Flammenwiderstands in einer geringen Verschiebung des zweiten Zeitpunkts, an dem das dritte Signal den zweiten Schwellwert kreuzt. Somit können auch verhältnismäßig große Änderungen über einen weiten Wertebereich des lonisationsstroms detektiert, und die Zusammensetzung des Luft-Brennstoff-Gemisches mit hoher Genauigkeit nachgeregelt werden. Zusammenfassend kann die Lage der ersten und zweiten Betriebsbereiche in denen eine Detektion des lonisationsstroms bzw. Flammenwiderstands mit entsprechender Messauflösung gewünscht ist, bei vorgegebenem Kurvenverlauf des zweiten Signals durch Wahl der ersten und zweiten Referenzspannungen vorgegeben werden. Gegebenenfalls kann ein Überlappungsbereich der Betriebsbereiche durch geeignete Wahl der Referenzspannungen festgelegt werden. Durch Wahl der ersten und zweiten Steigungswerte wird dagegen die jeweilige Messauflösung vorgegeben. Dabei bedeutet ein größerer Steigungswert eine geringere Messauflösung (Empfindlichkeit), und ein geringerer Steigungswert eine höhere Messauflösung.

Mit anderen Worten kann über die geeignete Wahl des Kurvenverlaufs des zweiten Signals eine Linearisierung des lonisationssignalverlaufs (bzw. Flammen- widerstandssignalverlaufs) eines Brenners über den gesamten Modulationsbereich erfolgen. Dadurch wird eine sichere und stabile Regelung des Verbrennungssystems bzw. des Brennvorgangs ermöglicht. Insgesamt bietet das erfindungsgemäße Verfahren fünf Parameter (erster Schwellwert, zweiter Schwellwert, erster Steigungswert, zweiter Steigungswert, Mischungsverhältnis) über deren Wahl ein für die Verbrennungsregelung optimaler lonisationssignalverlauf erreicht werden kann.

Der Zusammenhang zwischen Messauflösung (Empfindlichkeit), Steigungswerten und Schwellwerten ist in Figur 3 beispielhaft dargestellt, die als erstes Beispiel den Betrieb in einem ersten Betriebszustand und als zweites Beispiel den Betrieb des Brenners in einem zweiten Betriebszustand beinhaltet. Das in Figur 3 dargestellte dritte Signal ergibt sich aus einer Verschiebung des zweiten Signals zu negativen Spannungswerten aufgrund der Addition des (negativen) ersten Signals. Entsprechend weist auch das dritte Signal einen ersten Abschnitt 301 und einen zweiten Abschnitt 302 auf, wobei hier der zweite Abschnitt 302 einen größeren Steigungswert als der erste Abschnitt 301 aufweist. Kreuzt im ersten Beispiel das dritte Signal den ersten Schwellwert 303 im Bereich des ersten Abschnitts 301, so resultieren bereits kleine Änderungen 304 des lonisationsstroms (bzw. des Signalwerts des dritten Signals) in relativ großen Änderungen 305 des Kreuzungszeitpunkts. Dabei ist in Figur 3 eine solche kleine Änderung des Signalwerts des dritten Signals aus Gründen der Darstellbarkeit durch eine entsprechende Änderung des ersten Schwellwerts verdeutlicht. Kreuzt dagegen im zweiten Beispiel das dritte Signal den zweiten Schwellwert 306 im Bereich des zweiten Abschnitts 302, so resultieren Änderungen 307 des lonisationsstroms (bzw. des Signalwerts des dritten Signals) gleicher Größe wie im ersten Beispiel in deutlich kleineren Änderungen 308 des Kreuzungszeitpunkts. Das vierte und fünfte Signal sind, wie oben bereits ausgeführt, bevorzugt PWM- Signale. Die Größe des lonisationsstroms bestimmt dabei die Pulsdauer (bzw. das Tastverhältnis, oder den„Duty Cycle") der jeweiligen PWM-Signale. Im oben beschriebenen Fall führen auch kleine Änderungen des Flammenwiderstands im ersten Betriebszustand zu einer detektierbaren Änderung des Tastverhältnisses des vierten Signals, und auch große Änderungen des Flammenwiderstands im zweiten Betriebszustand sind durch Änderungen des Tastverhältnisses des fünften Signals abbildbar. Das heißt, bei entsprechender Wahl der Schwellwerte und Steigungswerte liefert das vierte Signal die nötige Auflösung für den Betriebsbereich des Brenners, in dem die Flamme einen großen Widerstand hat (hochohmiger Bereich), und das fünfte Signal die nötige Auflösung für den Betriebsbereich des Brenners, in dem die Flamme einen geringen Widerstand hat (niederohmiger Bereich). ln Block 250 wird die (zeitveränderliche) Pulsweite (d.h. Weite oder Dauer der Rechteckpulse) des vierten Signals ermittelt, und ein diese Pulsweite anzeigendes sechstes Signal erzeugt bzw. ausgegeben. Entsprechend wird in Block 255 die (zeitveränderliche) Pulsweite (d.h. Weite oder Dauer der Rechteckpulse) des fünften Signals ermittelt, und ein diese Pulsweite anzeigendes siebentes Signal erzeugt bzw. ausgegeben.

Auf Grundlage zumindest eines des vierten Signals und des fünften Signals (oder auf Grundlage zumindest eines des sechsten Signals und siebenten Signals) kann nun ein Wert einer Betriebsgröße des Brenners, beispielsweise lonisationsstrom, Flammenwiderstand, Flammentemperatur, Luftzahl, Brennerleistung, ermittelt werden. Dies kann durch mathematische und/oder logische Verknüpfung der jeweiligen Signale geschehen, also beispielsweise durch mathematische und/oder logische Verknüpfung der vierten und fünften Signale, oder durch mathematische und/oder logische Verknüpfung der sechsten und siebenten Signale.

Zum Beispiel kann für das sechste und siebente Signal jeweils eine Tabelle in einem Speicher abgelegt sein, die Werte der Betriebsgröße zu jeweils entsprechenden Werten der Pulsdauer in Relation setzt. Anhand der mittels dieser Tabellen ermittelten Werte der Betriebsgröße kann dann der auszugebende Wert der Betriebsgröße ermittelt werden. Hierzu ist eine Reihe von Möglichkeiten denkbar. Beispielsweise kann aus den beiden mittels der Tabellen ermittelten Werten der Betriebsbereich abgeschätzt werden, in dem sich der Brenner momentan befindet. Entsprechend dieses abgeschätzten Betriebsbereichs kann dann jeweils einer der beiden mittels der Tabellen ermittelten Werte als der auszugebende Wert verwendet werden. Wenn z.B. der abgeschätzte Betriebsbereich eher dem ersten Betriebsbereich entspricht, kann der auf Grundlage des sechsten Signals ermittelte Wert ausgegeben werden, andernfalls der auf Grundlage des siebenten Signals ermittelte Wert. Weiterhin können auf Grundlage des abgeschätzten Betriebsbereichs Gewichtungsfaktoren für die beiden mittels der Tabellen ermittelten Werte abgeleitet werden, und es kann eine gewichtete Summe dieser Werte als der auszugebende Wert verwendet werden. Allgemein wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens der auszugebende Wert der Betriebsgröße durch mathematische und/oder logische Verknüpfung des vierten und fünften Signals, oder des sechsten und siebenten Signals ermittelt.

Die Ermittlung des Werts der Betriebsgröße kann in einer Auswertungsschaltung (Mittel zum Bestimmen der Betriebsgröße des Brenners) erfolgen.

Obenstehend wurde das erfindungsgemäße Verfahren anhand konkreter Ausgestaltungen beschrieben. Soweit nicht gesondert angegeben, soll sich die vorliegende Offenbarung gleichsam auf entsprechende das Verfahren ausführende Vorrichtungen erstrecken, die zur Durchführung der entsprechenden Verfahrensschritte ausgestaltete Einrichtungen und Mittel umfassen.

Die Erfindung wurde anhand konkreter Ausgestaltungen näher erläutert, ohne auf die konkreten Ausführungsformen begrenzt zu sein. Insbesondere ist es möglich, Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen zu kombinieren und auch in den anderen Ausführungsformen einzusetzen.