JP2000161657A - 燃料ポンプの制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バーナなどの液体燃料燃焼装置において、燃
料ポンプ出口圧を一定に保って起動時の燃焼状態を良好
に保持できるようにすると共に、コンパクトに燃料系統
を纏められるようにする。 【解決手段】 燃料ポンプ１２の制御ユニット３０に燃
料ポンプ１２の温度を検出する温度検出部３１と、この
温度検出部３１で検出された温度に基づき燃料ポンプ１
２に供給される駆動パルスの実効電力を燃料ポンプ１２
の温度が運転温度に達していないときは下げて低い駆動
力で運転し、燃料ポンプ１２の温度が上昇するにしたが
って駆動力を増やして燃料ポンプ出口圧を制御する出力
補正部３２を設ける。これにより、燃料ポンプ１２の出
口圧を圧力センサを介してフィードバックする、設置ス
ペースとコストのかかる制御方法を採用しないで良いの
で、燃料系統をコンパクトで安価に纏めることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石油などの液体燃
料を噴霧して燃焼を行う液体燃料燃焼装置の燃料ポンプ
制御装置および制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５に液体燃料燃焼装置の一例として液
体燃料を燃焼させるバーナと、このバーナの燃焼による
輻射熱および温風を外部に放出可能な温風発生器の概略
構成を示してある。この温風発生器１は、一方の面が耐
熱性の多孔製金属板からなる放熱パネル２で覆われ、他
の面が耐熱材３で覆われた燃焼室４を備えており、燃焼
室４に面してバーナアッセンブリ（バーナ）５が設置さ
れている。したがって、温風発生器１では、燃焼室４の
内部でバーナ５から噴霧された液体燃料が燃焼し、その
熱が利用される。

【０００３】バーナ５は、燃焼用空気を供給するブロワ
６と、液体燃料を噴霧するバーナノズル７と、着火用の
点火棒８とを備えており、これらに加え、炎の状態を監
視するフレームディテクタなどが設置される。さらに、
バーナ５には、バーナノズル７に液体燃料を供給する燃
料系統１０が付随しており、温風発生器１に組み込まれ
ている。この燃料系統１０は、燃料タンク１１と、燃料
タンク１１の燃料をバーナノズル７に圧送する燃料ポン
プ１２と、サクションフィルタ１３および配管１４を備
えている。

【０００４】バーナ５の燃焼状態などは制御ユニット１
５によって自動制御される。制御ユニット１５は、温風
発生器１の起動時および停止時などの一連の動作をシー
ケンス制御する機能、あるいは、負荷に応じた燃焼を安
定して維持する機能などを実現する制御部１６に加え、
制御部１６からの制御信号に基づき燃料ポンプ１２に対
し駆動パルスを供給する駆動回路１７を備えている。

【０００５】温風発生器などの比較的小型の装置におい
ては、バーナに燃料を供給するために、小型で高圧力が
得やすく供給量も制御しやすいので、図６に基本的な機
構を模式的に示すように、ピストン２１あるいはプラン
ジャーなどを用いた容積型の燃料ポンプ１２が多用され
ている。さらに、ポンプの駆動源として、モータでもも
ちろん良いが、さらに小型で制御性の良いソレノイドア
クチュエータ２０が採用されている。以降においては、
このようなソレノイド駆動の容積型のポンプを電磁ポン
プと呼ぶことにする。この電磁ポンプ１２においては、
駆動回路１７から適当な実効電力を備えた駆動パルスを
適当なタイミングで供給することによりポンプの駆動力
を制御でき、バーナノズル７に供給される燃料量を調整
できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】小型の容積型の燃料ポ
ンプは、燃料系統をコンパクトに纏めることが可能とな
るので、温風発生器などのバーナの燃料系統に適してい
ることは上述した通りである。しかしながら、容積型の
燃料ポンプを採用すると、図７に示すように、スタート
したとき、特に、停止後から時間が経過したコールドス
タートのときにポンプ出口圧Ｐが通常運転時の圧力Ｐｎ
よりも高くなるという現象が見られることが判った。こ
れは、電磁ポンプを起動した後、ポンプ内の温度が上昇
して一定の温度（運転温度）に達するまで電磁ポンプ内
のクリアランスが小さくなり、その結果、吐出圧が高く
なるためと考えられている。

【０００７】燃料ポンプ１２の出口圧Ｐが高くなると、
バーナーノズル７の吐出圧が上がるので、バーナから噴
出される燃料量が多くなる。したがって、起動時に出口
圧Ｐが高くなると制御部１６で設定した起動時の負荷よ
りも多量の燃料が燃焼室に投入されるので燃焼用空気量
とのバランスが最適な状態からずれる。したがって、燃
焼状態は不安定になりやすい。このため、起動時におい
ては、燃焼室温度が低いなど、火炎の状態が安定しにく
い要因が他にもあるが、燃料量と空気量のバランスが最
適に保持されていないことも燃焼状態を不安定にする大
きな要因であると考えられる。

【０００８】燃料ポンプ１２の出口圧Ｐの変化は、図７
に示したように、時間の経過と共に徐々に変動し、時間
の経過と共に通常圧力に戻る。従って、起動後に、燃料
ポンプ１２の駆動力を適当なカーブでシーケンス制御す
ることにより出口圧Ｐを所定の圧力に保持するようにす
ることも可能である。しかしながら、上述したように、
ポンプ出口圧Ｐが上昇する原因がポンプの温度に起因す
るものと考えられ、停止直後のホットスタートあるいは
セミホットスタートの状態では圧力上昇が発生しない。
したがって、シーケンス制御を行うと、逆に燃料量と空
気量のバランスが崩れたり、所定の燃料量を確保できな
いといった問題が発生する。

【０００９】このため、ポンプ出口に圧力センサを設
け、ポンプ出口圧をフィードバック制御することが望ま
しい。しかしながら、そのためには圧力センサを設置す
るスペースが必要となり、可燃性の液体の圧力を測定す
るので圧力センサ自体、また、その配管系統のためにバ
ーナ回り、あるいは燃料ポンプ回りに大きなスペースが
必要となる。さらに、燃料系統に付属品が増えるので、
それに伴いリークする可能性も増えるので、組み立て工
程あるいは検査工程も増え、コストが上昇する。また、
圧力センサなどの部品点数の増加に伴うコストも上昇す
る。このように、圧力センサによってフィードバック制
御を行う方法は、装置が大型になり、価格も上昇するの
で、小型の温風発生器、あるいはこれに適した小型のバ
ーナのような液体燃料燃焼装置においてはそのまま採用
することは困難である。

【００１０】そこで、本発明においては、圧力センサに
よるフィードバック制御ではなく、他の簡易な方法によ
って起動時の圧力制御を可能にする燃料ポンプの制御装
置および制御方法を提供することを目的としている。そ
して、燃料系統を複雑にすることなく、起動時の燃焼状
態を安定させ、小型で燃焼特性の良いバーナなどの液体
燃料燃焼装置およびその液体燃料燃焼装置を用いた温風
発生器などの装置を提供可能にすることを目的としてい
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願の発明者らが測定を
繰り返したところ、燃料ポンプの出口圧の変化が燃料ポ
ンプ本体または周辺の温度の関数としてほぼ捉えること
ができ、温度が上昇するに連れて燃料ポンプの出口圧が
低下し定常状態になることが見出された。したがって、
この現象に着目すると、燃料ポンプの温度によって駆動
力を補正することにより燃料ポンプ出口圧の制御が可能
となる。そこで、本発明においては、燃料ポンプの制御
装置および制御方法に燃料ポンプの温度を制御要素とし
て加えるようにしている。

【００１２】すなわち、本発明の、燃料噴出ノズルに対
し液体燃料を供給する燃料ポンプの制御装置において
は、燃料ポンプあるいはその近傍の温度を検出可能な温
度検出手段と、この温度検出手段で検出された検出温度
が所定の運転温度に達するまでは、燃料ポンプの駆動力
を低く抑え、その駆動力を該検出温度が上昇するのに従
い増加可能な出力補正手段とを有することを特徴として
いる。また、本発明の、燃料噴出ノズルに対し液体燃料
を供給する燃料ポンプの制御方法においては、燃料ポン
プあるいはその近傍の温度を検出する温度検出工程と、
この温度検出工程で検出された検出温度が所定の運転温
度に達するまでは、前記燃料ポンプの駆動力を低く抑
え、その駆動力を該検出温度が上昇するのに従い増加可
能な出力補正工程とを有することを特徴としている。

【００１３】本発明の制御装置および制御方法によれ
ば、燃料ポンプあるいはその近傍、たとえば、ソレノイ
ドアクチュエータのコイル温度などを検出するだけで燃
料ポンプの出口圧を補正することが可能となる。温度の
検出は、熱電対を装着するなどの簡単な方法で実現で
き、また、燃料系統自体には影響を与えずに済む。この
ため、設置するために大きなスペースを必要とせず、さ
らに、燃料漏れなどの原因となることもない。従って、
液体燃料燃焼装置を大きくせず、また、価格を上げずに
起動時のポンプ出口圧力を補正することができる。この
ため、起動時の燃料と空気の比率を所定のバランスに容
易に保持することが可能であり、コンパクトで起動時の
燃焼状態も安定した液体燃料燃焼装置を低コストで提供
できる。

【００１４】また、本発明の制御装置および制御方法で
は、燃料ポンプあるいはその近傍の温度を検出して圧力
補正を行うようにしているので、停止から時間が経過し
たコールドスタート、および停止直後にスタートするホ
ットスタートの区別は自動的に行われる。従って、どの
ような状態で起動しても安定した燃焼が行える液体燃料
燃焼装置を提供できる。

【００１５】燃料ポンプの駆動力を補正する方法は幾つ
かあるが、上述した電磁ポンプであれば駆動パルスのパ
ルス幅（デューティ）、電圧、周波数を制御することに
より実効電力を下げ、燃料ポンプの駆動力を低減するこ
とができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。図１に、本発明に係る機能を備
えた制御ユニット３０およびそれにより制御されるバー
ナ５の概略構成を示してある。本例の液体燃料燃焼装置
であるバーナ５は、図５に示しものと同様に、燃焼用空
気を供給するブロワ６と、液体燃料を噴霧するバーナノ
ズル７と、着火用の点火棒８などを備えており、温風発
生器あるいはストーブなどの様々な分野で用いることが
できる。このバーナ５の燃料系統１０も同様の構成とな
っており、燃料タンク１１と、燃料タンク１１の燃料を
バーナノズル７に圧送する燃料ポンプ１２と、サクショ
ンフィルタ１３および配管１４を備えている。

【００１７】この燃料系統の燃料ポンプ１２を制御する
本例の制御ユニット３０は、所定のシーケンス制御およ
び負荷制御を行う制御部１６と、制御部１６からの制御
信号に基づき燃料ポンプ１２に対し駆動パルスを供給す
る駆動回路１７に加え、燃料ポンプ１２のコイル温度を
検出する温度検出部３１を備えている。さらに、制御部
１６には、温度検出部３１で検出された検出温度に基づ
き駆動回路１７から燃料ポンプ１２に供給される駆動パ
ルスの実効電力を低減できる出力補正部３２が設けられ
ている。

【００１８】図２に、本願の発明者らの測定によって得
られたポンプ出口圧と検出温度の関係に基づき、検出温
度Ｔに対しポンプ出口圧Ｐを通常運転時の圧力Ｐｎに下
げるように実効電力Ｅを補正する関数ｆの一例を示して
ある。ポンプ出口圧Ｐは、検出温度Ｔが運転温度Ｔｎよ
りも低いときは通常運転時の圧力Ｐｎよりも高くなり、
検出温度Ｔが上昇するに従って低下する。そして、通常
運転圧力Ｐｎに達すると定常状態となる。したがって、
このような現象を補正するために、本例の関数ｆでは、
燃料ポンプ１２の検出温度Ｔが、室温（外気温度）Ｔ１
から燃料ポンプ１２の通常運転時の温度（運転温度）Ｔ
ｎの範囲で、検出温度Ｔが増加するに連れて、燃料ポン
プ１２に供給される実効電力Ｅが室温Ｔ１の実効電力Ｅ
１から運転温度Ｔｎの実効電力Ｅｎに徐々に増加するよ
うしている。

【００１９】したがって、本例の制御部１６の出力補正
部３２においては、検出温度Ｔが運転温度Ｔｎより低い
場合は、燃料ポンプ１２に供給される駆動パルスの実効
電力Ｅが通常運転時に供給される実効電力Ｅｎより低く
抑えられる。そして、運転温度Ｔｎに達するまでは検出
温度Ｔが上昇するのに従って駆動パルスの実効電力Ｅが
増加するように補正される。

【００２０】なお、本例では、駆動パルスが供給されて
いることから検出ラインを設置しやすい燃料ポンプ１２
のコイル温度が燃料ポンプ１２の代表温度として採用さ
れている。また、関数ｆは、図２に示したような非線形
の関数に限らず、直線近似した線形関数により実効電力
Ｅを補正するようにしても良いことはもちろんである。

【００２１】図３に、本例の制御ユニット３０における
スタート時の燃料ポンプ１２の制御の概要をフローチャ
ートを用いて示してある。まず、ステップ５１で制御部
１６においてスタート時の負荷が設定される。次に、ス
テップ５２で温度検出部３１により燃料ポンプ１２の温
度が検出される。本例では、図６に示した燃料ポンプ１
２を駆動するソレノイド２０のコイル温度が検出され
る。そして、ステップ５３で検出した温度Ｔが運転温度
Ｔｎに達しているか否かが判断される。運転温度Ｔｎに
達していないときは、ステップ５４において出力補正部
３２で図２に示した関数ｆに従って駆動パルスの実効電
力が補正されるように制御信号が生成され、その信号が
駆動回路１７に送られる。駆動回路１７では、その制御
信号に応じた駆動パルスが形成され、燃料ポンプ１２の
ソレノイドアクチュエータ２０に供給される。

【００２２】図４に、駆動パルスＤの一例をタイミング
チャートにより示してある。燃料ポンプ１２を駆動する
ために駆動回路１７からは、電圧Ｖ、パルス幅Ｗ（パル
スの立ち上がり時刻ｔ１から立ち下がり時刻ｔ２までの
時間）の駆動パルスＤが周期Ｃ（パルスの立ち上がり時
刻ｔ１から次のパルスの立ち上がり時刻ｔ３）で供給さ
れる。したがって、これらの要素、すなわち電圧Ｖ、パ
ルス幅Ｗ（デューティ比でも良い）、周期Ｃ（周波数で
も良い）のいずれか、あるいは複数を制御することによ
り駆動パルスＤの実効電力Ｅを変えることができる。し
たがって、燃料ポンプ１２の駆動力を駆動パルスＤのこ
れらの要素を制御することにより温度が低いときに適当
な出口圧Ｐが得られるように調整すること可能である。
駆動パルスＤの電圧Ｖ、パルス幅Ｗおよび周期Ｃを制御
する技術は、それぞれ、ＰＡＭ（パルス振幅変調）技
術、ＰＷＭ（パルス幅変調）技術およびＰＦＭ（パルス
周波数変調）技術などとして公知の技術であり、詳しい
説明は省略する。

【００２３】このように、本例の制御ユニット３０を採
用したバーナ５においては、起動直後で燃料ポンプ１２
の検出温度Ｔが運転温度Ｔｎに達していない状態でも、
運転温度Ｔｎで運転されているときと同様の圧力Ｐで燃
料がバーナノズル７に供給される。このため、起動時で
あっても制御部１６で設定された負荷に相当する燃料が
バーナノズル７から噴出され、燃料量と空気量のバラン
スが取れた状態で安定した燃焼が行われる。したがっ
て、起動直後の燃焼状態を大幅に改善することが可能で
あり、良好な燃焼を維持できる。それと共に、起動直後
では、空気量が不足することにより未燃分が増加した
り、匂いが発生するなどの不具合が発生しやすいが、そ
れらも防止できる。

【００２４】また、本例の制御ユニット３０において
は、燃料ポンプ１２の出口圧Ｐの制御を、熱電対などに
よって簡単に計測できる燃料ポンプの温度で行ってい
る。したがって、本例の燃料系統１０には出口圧Ｐを検
出して制御側にフィードバックするための圧力センサお
よびそれに関連する配管系統などが不要である。このた
め、先に説明したように、圧力センサに関わる設置スペ
ースをバーナ５が収納される温風発生器の内部の設ける
必要がなくなる。また、配管系統が増加しないのでこれ
に伴う組み立て作業、燃料漏れを防止する作業などを省
くことができる。また、圧力センサあるいはそれに付随
した配管系統などのコストも削減することができる。し
たがって、本発明の制御方法および制御装置を採用する
ことにより、燃料系統をコンパクトに纏めることができ
ると共に、起動時の圧力変動を抑えることができる。こ
のため、本発明の制御装置および制御方法は、温風発生
器など、小型で軽量であることが要求される機器のバー
ナの燃料ポンプの制御に最適である。

【００２５】また、本例の制御装置および制御方法で
は、燃料ポンプの温度を検出するようにしているので、
停止後、時間が経って燃料ポンプの温度が低下した状態
での起動（コールドスタート）に対応できることは上述
した通りであるが、さらに、停止直後に起動する（ホッ
トスタート）あるいは停止後、それほど時間が経過して
いない状態で起動する（セミホットスタート）であって
も、そのときの燃料ポンプの状態が検出温度によって燃
料圧力の制御に確実に反映される。したがって、スター
ト状態を選択しなくても燃料ポンプ１２の出口圧は定常
運転状態の圧力に制御される。このため、制御ユニット
の構成、あるいは制御シーケンスの構成を簡素にでき、
さらには起動操作も簡単にできる。したがって、これら
の点でも、本発明の燃料ポンプの制御装置および制御方
法を採用することにより、低コストでありながら、起動
時の状態が安定し、さらに操作間違えなどの起きない安
全なバーナおよびそれを用いた温風発生器などの機器を
提供することができる。

【００２６】なお、本例においては、燃料ポンプの検出
温度としてソレノイドのコイル温度を採用しているが、
燃料ポンプのケーシングの温度、あるいは、燃料ポンプ
に近い配管温度などを燃料ポンプの温度を代表する検出
温度として採用することも可能である。そのような場合
は、事前に燃料ポンプの試験を行うことにより、検出温
度に即した関数ｆを出力補正部に設定することができ
る。また、上記では、ソレノイドアクチュエータでピス
トンが駆動される容積型の燃料ポンプを例に説明してい
るが、アクチュエータはソレノイドに限定されるもので
はなく、モータであってももちろん良い。また、燃料ポ
ンプもピストンタイプに限定されることはなく、プラン
ジャーあるいはダイヤフラムタイプなどの他の容積型の
燃料ポンプでも同様の制御が可能である。現状では、ソ
レノイド駆動のピストンポンプが小型の電磁ポンプとし
てもっとも入手しやすいものであり、本発明の制御装置
および制御方法は、その電磁ポンプの制御に最適であ
る。

【００２７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、燃料ポンプあるいはその近傍の温度を検出し、その
温度に基づき燃料ポンプの駆動力を制御することにより
起動時の燃料圧力の制御が行えるようにしている。した
がって、起動時の燃焼状態を良好に維持できる、それと
共に、燃料ポンプの出口圧を圧力センサを介してフィー
ドバックする制御方法を採用しないで済む。このため、
圧力センサおよびそれに付随した配管系統などが不要な
ので、バーナなどの液体燃料燃焼装置の燃料系統を低コ
ストでコンパクトに纏めることできる。したがって、本
発明により、温風発生器、ストーブ、小型ボイラーなど
の小型化を要求される機器に適した、安全で性能の良い
液体燃料燃焼装置を低コストで提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る燃料ポンプの制御ユ
ニットおよびそれを採用したバーナの概略構成を示す図
である。

【図２】図１に示す制御ユニットの出力補正部に設定さ
れた補正用の関数ｆの一例を示すグラフである。

【図３】図１に示す制御ユニットにおける燃料ポンプの
起動時の制御を示すフローチャートである。

【図４】制御ユニットの駆動回路から供給される駆動パ
ルスの概要を示すタイミングチャートである。

【図５】バーナおよびバーナが設置された温風発生器の
一般的な例を示す図である。

【図６】燃料ポンプとして採用されている電磁ポンプの
概略構成を示す図である。

【図７】図６に示す電磁ポンプを用いたときのスタート
直後のポンプ出口圧の傾向を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 温風発生器 ５ バーナ ６ ブロワ ７ バーナノズル ８ 点火棒 １０ 燃料系統 １１ 燃料タンク １２ 燃料ポンプ １５、３０ 制御ユニット １６ 制御部 １７ 駆動回路 ２０ ソレノイド ２１ ピストン ３１ 温度検出部 ３２ 出力補正部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料噴出ノズルに対し液体燃料を供給す
   る燃料ポンプの制御装置において、前記燃料ポンプある
   いはその近傍の温度を検出可能な温度検出手段と、この
   温度検出手段で検出された検出温度が所定の運転温度に
   達するまでは、前記燃料ポンプの駆動力を低く抑え、そ
   の駆動力を該検出温度が上昇するのに従い増加可能な出
   力補正手段とを有する燃料ポンプの制御装置。
2. 【請求項２】 燃料噴出ノズルに対し液体燃料を供給す
   る燃料ポンプの制御方法において、前記燃料ポンプある
   いはその近傍の温度を検出する温度検出工程と、この温
   度検出工程で検出された検出温度が所定の運転温度に達
   するまでは、前記燃料ポンプの駆動力を低く抑え、その
   駆動力を該検出温度が上昇するのに従い増加可能な出力
   補正工程とを有する燃料ポンプの制御方法。