JP3063466B2

JP3063466B2 - 燃焼制御装置

Info

Publication number: JP3063466B2
Application number: JP5176469A
Authority: JP
Inventors: 村上　　茂
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-07-16
Filing date: 1993-07-16
Publication date: 2000-07-12
Anticipated expiration: 2015-07-12
Also published as: JPH0727334A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は石油燃焼器具等の燃焼制
御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の燃焼制御装置は図８に示
すように、運転開始と共にヒータ６４に通電され、気化
筒５４が設定温度に達するとバーナファン５２が駆動
し、燃料ポンプ５３に通電され、点火装置により点火動
作を行い、燃焼へ移行する。燃焼が開始されると、酸素
センサー６５からの出力を受けてセンサー制御部６６が
排気ガス中の酸素濃度を検出し、空燃比設定部６７で予
め設定された空燃比との比較により空燃比制御部６８が
バーナモータ５１または燃料ポンプ５３の動作補正を行
って、最適な空気量設定、燃焼量設定で燃焼量の可変巾
拡大および各種要因による燃焼への影響を軽減し、安定
燃焼の確保を実現している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の燃
焼制御装置では酸欠気味状態の時には供給空気の酸素濃
度が薄い状態で最適空燃比に合わそうとバーナモータ５
１の回転数に補正をかけるため、通常の最適空燃比にお
ける空気量より多く供給するようになり、炎が吹き飛ん
でしまうという現象が発生する。つまり、酸素濃度があ
まり低下しない状態で燃焼が吹き消えする早切れ現象と
なる。

【０００４】酸欠状態が発生した場合は、極力早くこれ
を検出して燃焼を停止することが望ましいが、酸欠の検
出方法を燃焼状態つまり、フレームロッドの出力変化で
検出している現状においては酸欠検出レベルを高精度で
設定することが困難である。安全性を考えて正常燃焼時
との差をあまり確保せず酸欠レベルを設定すると少しの
燃焼状態の変動や部品のばらつき、使用環境の変化です
ぐに酸欠検知が作動して燃焼が停止するという非常に使
い勝手の悪いものとなる。そこで一般的に酸欠レベルの
設定は人体への影響、許容燃焼変動範囲、部品のばらつ
き、使用環境の変動範囲等を考慮して、約１７％程度に
設定している。しかし、従来の燃焼制御方式において
は、酸素濃度が薄くなってきても予め設定した空燃比目
標値でバーナモータの回転数に補正を行うため、通常時
の設定空燃比における空気量よりはるかに多くなり、炎
が吹き飛んでしまうという現象が発生し、酸素濃度があ
まり低下しない１９％程度で燃焼が停止してしまうので
ある。

【０００５】本発明は上記課題を解決するもので、フレ
ームロッド出力に応じて空燃比制御動作における空燃比
目標値を変更することで酸欠検知の早切れを防止し、所
定の酸欠検知レベルを確保して、安全で使い勝手のよい
燃焼制御装置を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来の課題
を解決するため、まずバーナと、このバーナの排気経路
に設けた酸素センサーと、前記バーナの燃焼量を制御す
る燃焼制御部と、燃焼時の空燃比目標値を設定する空燃
比目標設定部と、前記酸素センサーからの出力と空燃比
目標値を比較して燃焼用空気量あるいは燃料量の少なく
ともいずれか一方の制御用出力を出す制御出力部と、前
記バーナの燃焼状態をフレームロッドで検出して燃焼状
態を確認する燃焼検知部と、この燃焼検知部からの出力
に基づき前記空燃比目標設定部の空燃比目標値を補正す
る酸欠補正部とで構成し、酸欠補正部は空燃比制御を行
っているにもかかわらず燃焼検知部の出力が低下し、予
め定めた所定レベルを下回るとき、前記空燃比目標値を
所定の範囲内において補正するようにしている。そし
て、さらに上記空燃比目標設定部の空燃比目標値は燃焼
制御部からの燃焼量出力に応じて適正な値に補正するＫ
値補正部、あるいは燃焼前の酸素センサー出力と予め設
定している標準特性値よりセンサー出力を補正する自己
補正部からの出力に基づいて補正するように構成してあ
る。

【０００７】

【作用】本発明は上記構成によって、酸素センサーによ
り排気ガス中の酸素濃度を一定に保つように燃料量と燃
焼用空気量のバランスを調整する空燃比制御を行いつ
つ、燃焼火炎中に配置したフレームロッドにより燃焼状
態を検出し、フレームロッド出力の変化状態で室内酸素
濃度の低下状態を判断し、前記空燃比制御の空燃比目標
値を変更して供給空気量を少なくすることができるの
で、空燃比制御時における酸欠状態での早切れを解消す
ることができ、また、上記空燃比目標値は燃焼量に応じ
て補正するので各燃焼量における燃焼状態を最適に制御
することができ、さらに酸素センサーの出力状態に応じ
て空燃比目標値を補正する自己補正動作を行うので酸素
センサーの経時変化があっても高精度な燃焼制御ができ
る。

【０００８】

【実施例】以下本発明の実施例を図１〜図４を参照して
説明する。まず図１を用いてその構成を説明すると、１
は燃焼用空気を供給するバーナファンで、モータ１Ａと
ファン２からなる。３はバーナで、この実施例では燃料
を気化して燃焼用空気と混合し燃焼させる方式のバーナ
が用いてあり、燃料を気化させる気化筒にはヒータ３Ａ
ならびに温度検知センサー８が埋設されている。５は前
記バーナ３の気化筒内に燃料を供給する燃料ポンプ、６
は燃焼ガスを熱交換させるための送風用モータ、７は熱
交換された燃焼ガスを排出するための排気経路である。

【０００９】９は限界電流型の酸素センサーで、前記排
気経路７に取り付けて燃焼ガス中の酸素濃度を測定す
る。１０は酸素センサー９のヒータ用電源で、酸素セン
サー９に内蔵されたヒータを加熱するためのものであ
る。１０Ａはヒータ印加電圧を所定のシーケンスに基づ
き、切り替えるための電圧切り替え部、１１はセンサー
用の電源で、酸素濃度に応じて限界電流を発生させるた
めの電源である。１２は調整抵抗で、前記酸素センサー
９の出力調整用である。１３は増幅器で、前記酸素セン
サー９の出力を制御部に入力するために増幅する。

【００１０】１４は空燃比（ｍ値）の目標設定部、１５
は補正演算部で、前記酸素センサー９の出力と空燃比目
標値を比較して補正値を演算する。１６はバーナモータ
回転数補正部で、前記補正演算部１５の計算結果に基づ
きバーナモータ回転数の出力値を決定するものであり、
この補正演算部１５とで制御出力部１６Ａを構成してい
る。１７はリミッターで、前記バーナモータ回転数の出
力値が所定の範囲を外れた時、停止させるものである。
１８はバーナモータ駆動回路である。

【００１１】２０は後述する燃焼制御部からの燃焼量出
力に応じた空燃比の目標値に設定するための補正出力を
出すＫ値補正部、２１はリミッターで、空燃比の目標値
補正結果を制限する部分で所定の範囲を外れた場合、停
止させる。２２は自己補正部で、燃焼前の酸素センサー
出力を読み込み、この値と予め設定してある標準特性値
より標準特性に対するズレを求め、このズレの具合に応
じて空燃比目標値の補正出力を出す。２３は電磁ポンプ
駆動回路、２４は室温と設定温度とに基づいて燃焼量を
制御する燃焼制御部、２５は前記各要素により構成され
た空燃比制御部である。

【００１２】２６はフレームロッドで、バーナヘッドに
対向した燃焼火炎に曝される場所に取り付けてある。２
７は燃焼検知部で、前記フレーロッドが発生する炎電流
を燃焼制御信号に変換する。２８は酸欠補正部で、前記
燃焼検知部よりの燃焼制御信号により空燃比目標値の補
正出力を出す。つまり、空燃比制御を行っているにもか
かわらず、フレームロッド出力が低下してきた場合は、
酸欠状態と判断して空燃比目標値をフレームロッド出力
に対応して補正し、空燃比のアンバランスを修正する。

【００１３】上記構成における燃焼制御装置の動作につ
いて図２、図３、図４のフローチャートを用いて説明す
る。まず室内環境が正常な状態においては、運転開始に
より空燃比目標値の初期設定を行い、同時にセンサー用
ヒータおよびセンサーに所定の電圧を印加する。センサ
ー用ヒータの電源は電源切り替え部１０Ａにより所定の
時間が経過すると電圧レベルを切り替える。これはセン
サーの初期応答性を向上するために行う。

【００１４】その状態でセンサー出力の安定性を待ち、
所定時間経過すると燃焼前のセンサー出力を読み取り、
予め設定してある標準出力特性と比較して、そのズレの
具合に応じて空燃比目標の初期値に自己補正を行い、リ
ミッター範囲内であれば空燃比目標値の更新を行う。ま
た、リミッター範囲より外れている場合は停止させる。
つまり、劣化等による出力特性のずれを補正する目的で
行うもので、この種のセンサーは劣化時に初期特性（傾
き）はほぼ保持したまま全体的にずれるという性質を利
用したもので、具体的には図５に示すように標準特性の
傾きＤ／Ｃと燃焼前のセンサー読み込み値Ｅより空燃比
初期値Ｄに補正をかける。つまり燃焼前のセンサー出力
Ｅに標準特性の傾き（Ｄ／Ｃ）を乗じることで補正後の
空燃比目標値Ｆ点を求める。この自己補正動作がない場
合、出力特性がずれた状態で空燃比Ｄ点で制御されると
燃焼排ガス中の酸素濃度が大きくなる。つまり、二酸化
炭素設定が低いリフト気味の燃焼になる訳である。そこ
で、空燃比をＦ点に補正することにより正規の酸素濃度
で燃焼するようにする。

【００１５】次に燃焼制御部２４により所定の燃焼シー
ケンスで燃焼動作に入り、その後燃焼が安定するまで所
定の条件で燃焼を行う。所定時間が経過し、設定温度と
室温の差で燃焼量を制御するＫ値制御動作に入ると、Ｋ
値補正部２０は燃焼制御部２４より送られる燃焼量情報
（Ｋ値）に応じて、更に空燃比目標値をその時の燃焼量
に適した値に補正するための補正出力を空燃比目標設定
部１４に出力し、新たな空燃比目標値として設定する。
同時にセンサー出力の読み込みを行い、前記空燃比目標
値と比較し、空燃比制御のための燃焼用空気量あるいは
燃焼量の少なくともいずれか一方の補正動作を行う。本
実施例では燃焼用空気量を補正した場合の補正動作につ
いて、図３を用いて説明すると、補正は空燃比目標値に
対して所定の巾（比較量Ｘ）をもって行うようにしてお
り、センサー出力が空燃比目標値−比較量Ｘより下回っ
た場合は、モータ回転数の補正量として＋Ｙ％（２％）
を設定、反対にセンサー出力が空燃比目標値＋比較量Ｘ
より上回った場合は、モータ回転数の補正量として−Ｙ
％（２％）を設定、また、センサー出力の読み込み値が
比較量Ｘの範囲内の場合は補正量を０％に設定する。こ
の補正量の設定サイクルを所定の時間（４００ｍｓ）で
繰り返し行わせ、更に所定の時間（２秒）が経過すると
補正量として決定する。また、上記補正量の設定サイク
ルによる補正量演算は積算方式で行い、２秒間の燃焼状
態を平均化してバーナモータ駆動回路１８に出力する補
正量を決定するようにしている。

【００１６】次に、補正量が決定するとリミッター１７
により、補正量が予め設定した許容範囲内であるかどう
かをチェックし、許容内の場合は駆動回路へ出力を送
り、モータまたは電磁ポンプを制御し、設定空燃比で燃
焼するように調整する。許容外の場合は異常使用状態と
みなし停止状態とする。前記、一連の補正動作が完了す
ると、再度センサー出力を読み込み同様の補正動作を繰
り返す。

【００１７】以上の動作を繰り返すことにより、センサ
ー特性の変化を補正し、燃焼量に応じて最適の空燃比に
設定し燃焼量の可変巾を拡大すると共に各要因による燃
焼への影響を補正し、各燃焼量における燃焼状態を最適
に制御することができる。

【００１８】図６にセンサー特性と二酸化炭素特性の関
係について記す。空燃比を目標値±比較量Ｘで制御する
ことにより、いかなる燃焼条件変動においても二酸化炭
素を規定の設定巾で制御可能となる。

【００１９】次に、室内酸素濃度が低下して酸欠状態に
なった場合は、上記で説明した空燃比制御動作によりバ
ーナモータ回転数を上方に補正し、空気量を増大させる
ことにより設定空燃比になるよう制御を行うわけである
が、供給空気の酸素濃度が低い状態においては、正常な
酸素濃度における補正に比べ、その補正量が大きくなる
ためバーナモータ回転数も高くなって供給空気量も増大
することになる。つまり、給気経路の詰まり等で空気量
が減少して補正がかかった場合は、バーナモータ回転数
が高くなっても設定空燃比における供給空気量は変化し
ないため燃焼状態は設定空燃比における正常燃焼を維持
する。しかし、酸欠状態での空燃比制御時は上記で説明
したように、供給空気量が増大するため燃焼バランスの
悪化によるものではなく、燃焼火炎の吹き飛びにより失
火するという現象になる。すなわち、二酸化炭素は設定
された状態で維持されながら失火するという現象とな
る。

【００２０】そこで本発明では、酸素センサー９による
燃焼状態の確認以外にフレームロッド２６と燃焼検知部
２７による燃焼状態の確認を併せて行い、フレームロッ
ド２６による燃焼検知信号で酸欠補正部２８を介して、
空燃比制御部２５の空燃比目標値を補正している。この
具体的な動作を図４、図７および図８を用いて説明す
る。

【００２１】室内酸素濃度が低下してくると、上記した
如く燃焼用空気量を増大することで空燃比を目標値に合
わそうとしてバーナモータ回転数を上方側に補正するわ
けであるが、このとき火炎は空気量の増大に伴いリフト
燃焼気味となって、フレームロッド出力は当初の値ＦＲ
１から徐々に低下し、あるポイントを経過すると極端に
低下し始める。そのままの状態で補正動作を継続すると
燃焼用空気は更に増大し火炎は吹き消え状態となるが、
ここでフレームロッド出力が所定レベルＦＲ２まで低下
し所定時間経過した場合は、空燃比目標値を初期値Ｘか
らＹに変更し、燃焼用空気を少なくした赤火燃焼側に設
定することで、モータ回転数の補正量を少なくして空気
量を減少させる。これにより燃焼炎の吹き消え状態は解
消され正常火炎に回復する。よって、フレームロッド出
力も安定または増大方向に変化する。このフレームロッ
ド出力が所定レベルＦＲ２まで回復し、その状態が所定
時間以上経過すると再度、空燃比目標値をＸの状態に戻
し経過を確認する。そして、フレームロッド出力が再
度、所定レベルＦＲ２を下回り、その状態が所定時間以
上経過すると再度、空燃比目標値をＹに設定する。

【００２２】しかし、空燃比目標値をＹに変更し、赤火
燃焼側に設定してもフレームロッド出力が回復せず、フ
レームロッド出力がＦＲ３以下に低下し、所定時間が経
過した場合は、さらに空燃比目標値をＺに変更し、より
赤火燃焼側に設定する。この補正動作によりフレームロ
ッド出力がＦＲ３以上に回復すると、前記同様、空燃比
目標値をＹに変更してフレームロッド出力の変化を見
る。フレームロッド出力がさらに回復してＦＲ２以上に
なった場合は、空燃比目標値を初期値Ｘまで補正する。
反対に、空燃比目標値をＺまで変更してもフレームロッ
ド出力が回復せず、ＦＲ４以下に低下した場合は酸欠検
知と見なし動作を停止させる。

【００２３】以上のように空燃比制御の空燃比目標値を
フレームロッド出力の状態で補正することにより、室内
酸素濃度の低下による早切れ現象を解消し、所定の酸欠
レベルで燃焼を停止させると共に最適空燃比での燃焼制
御により燃焼量の可変巾を拡大し、各燃焼量での燃焼状
態を最適に保つことができる。

【００２４】なお、上記実施例は本発明を効果的に具現
化したものとして例示したものであって、例えば酸素セ
ンサーやバーナ形態は実施例のものに限定されるもので
はなく、また燃焼用空気量を制御するのではなく燃料量
あるいはその両方を制御するようにしてもよく、本発明
の目的を達成する範囲のものであればどの様に構成して
もよいものである。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の燃焼制御装
置は、酸素センサーにより排気ガス中の酸素濃度を一定
に保つように燃料量と燃焼用空気量のバランスを調整す
る空燃比制御を行いつつ、燃焼火炎中に配置したフレー
ムロッドにより燃焼状態を検出し、フレームロッド出力
の変化状態で室内酸素濃度の低下状態を判断して酸欠気
味になれば、前記空燃比制御の空燃比目標値を変更して
制御するので、空燃比制御時における供給空気量大のた
めに酸欠状態時に早切れを起こすようなことがなくな
り、部品のばらつき、使用環境条件の変化、経時的な要
因による燃焼トラブルを軽減して、安全性の高い、使い
勝手のよい燃焼器を提供することができる。

【００２６】また、空燃比目標値を燃焼量に応じて補正
することにより各燃焼量における燃焼状態を最適に制御
することができ、燃焼量の可変巾を大幅に拡大すること
ができる。

【００２７】さらに酸素センサーの出力状態に応じて空
燃比目標値を補正する自己補正動作を行うので酸素セン
サーの経時変化があっても高精度な燃焼制御ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における燃焼制御装置のブロ
ック図

【図２】同装置の動作を示すフローチャート図

【図３】同装置の動作を示すフローチャート図

【図４】同装置の酸欠制御動作を示すフローチャート図

【図５】同装置の酸素センサーの特性図

【図６】同装置によるセンサー出力と二酸化炭素との関
係を示す特性図

【図７】同装置による室内酸素濃度、空燃比目標値、フ
レームロッド出力の関係を示す特性図

【図８】同装置による制御時の室内酸素濃度、空燃比目
標値、フレームロッド出力の関係を示す特性図

【図９】従来の燃焼制御装置を示すブロック図

【符号の説明】

１バーナファン３バーナ５燃料ポンプ７排気経路９酸素センサー１４空燃比目標設定部１６Ａ制御出力部２０Ｋ値補正部２１自己補正部２６フレームロッド２７燃焼検知部２８酸欠補正部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】バーナと、このバーナの排気経路に設けた
酸素センサーと、前記バーナの燃焼量を制御する燃焼制
御部と、燃焼時の空燃比目標値を設定する空燃比目標設
定部と、前記酸素センサーからの出力と空燃比目標値を
比較して燃焼用空気量あるいは燃料量の少なくともいず
れか一方の制御用出力を出す制御出力部と、前記バーナ
の燃焼状態をフレームロッドで検出して燃焼状態を確認
する燃焼検知部と、この燃焼検知部からの出力に基づき
前記空燃比目標設定部の空燃比目標値を補正する酸欠補
正部とを備え、前記酸欠補正部は空燃比制御を行ってい
るにもかかわらず燃焼検知部の出力が低下し、予め定め
た所定レベルを下回るとき、前記空燃比目標値を所定の
範囲内において補正するようにした燃焼制御装置。
【請求項２】バーナと、このバーナの排気経路に設けた
酸素センサーと、前記バーナの燃焼量を制御する燃焼制
御部と、この燃焼制御部からの燃焼量出力に応じた空燃
比に設定するための補正出力を出すＫ値補正部と、この
Ｋ値補正部からの出力に基づいて空燃比を設定する空燃
比目標設定部と、上記空燃比目標設定部からの出力と前
記酸素センサーからの出力に基づいて燃焼用空気量ある
いは燃料量の少なくともいずれか一方の制御用出力を出
す制御出力部と、前記バーナの燃焼状態をフレームロッ
ドで検出して燃焼状態を確認する燃焼検知部と、この燃
焼検知部からの出力に基づき前記空燃比目標設定部の空
燃比目標値を補正する酸欠補正部とを備え、前記酸欠補
正部は空燃比制御を行っているにもかかわらず燃焼検知
部の出力が低下し、予め定めた所定レベルを下回ると
き、前記空燃比目標値を所定の範囲内において補正する
ようにした燃焼制御装置。
【請求項３】バーナと、このバーナの排気経路に設けた
酸素センサーと、前記バーナの燃焼量を制御する燃焼制
御部と、燃焼前のセンサー出力と予め設定している標準
特性値よりセンサー出力を補正する自己補正部と、この
自己補正部からの出力に基づいて燃焼時の空燃比を設定
する空燃比目標設定部と、上記空燃比目標値設定部から
の出力と前記酸素センサーからの出力に基づいて燃焼用
空気量あるいは燃料量の少なくともいずれか一方の制御
用出力を出す制御出力部と、前記バーナの燃焼状態をフ
レームロッドで検出して燃焼状態を確認する燃焼検知部
と、この燃焼検知部からの出力に基づき前記空燃比目標
設定部の空燃比目標値を補正する酸欠補正部とを備え、
前記酸欠補正部は空燃比制御を行っているにもかかわら
ず燃焼検知部の出力が低下し、予め定めた所定レベルを
下回るとき、前記空燃比目標値を所定の範囲内において
補正するようにした燃焼制御装置。
【請求項４】燃料を気化する気化筒を有しこの気化筒か
らの気化ガスを燃焼させるバーナと、前記気化筒へ燃料
を供給する電磁ポンプ及び同気化筒へ燃焼用空気を供給
するバーナファンと、前記電磁ポンプ、バーナファンを
駆動して燃焼量を制御する燃焼制御部と、燃焼火炎中に
設けたフレームロッドと、前記フレームロッドにより発
生する炎電流を検出して燃焼状態を確認する燃焼検知部
と、前記バーナの排気経路に設けた限界電流式の酸素セ
ンサと、燃焼前の酸素センサー出力と予め設定している
標準特性値よりセンサー出力を補正する自己補正部と、
燃焼制御部からの燃焼量制御出力に応じた空燃比目標値
を設定するための補正出力を出すＫ値補正部と、前記自
己補正部とＫ値補正部からの出力に基づいて空燃比目標
値を設定する空燃比目標設定部と、酸素センサーからの
出力と空燃比目標設定部からの出力とを比較して燃焼用
空気量あるいは燃料量の少なくともいずれか一方の制御
用出力を出す制御出力部と、上記燃焼検知部からの出力
に基づき前記空燃比目標設定部の空燃比目標値を補正す
る酸欠補正部とを備え、前記酸欠補正部は空燃比制御を
行っているにもかかわらず燃焼検知部の出力が低下し、
予め定めた所定レベルを下回るとき、前記空燃比目標値
を所定の範囲内において補正するようにした燃焼制御装
置。