JP3079971B2

JP3079971B2 - 燃焼機器

Info

Publication number: JP3079971B2
Application number: JP07247247A
Authority: JP
Inventors: 邦弘鶴田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-09-26
Filing date: 1995-09-26
Publication date: 2000-08-21
Anticipated expiration: 2015-09-26
Also published as: JPH0989250A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、酸素濃度を検出する限
界電流式酸素センサを排ガス流路内に配置して空燃比制
御を行う燃焼機器であり、さらに詳しくは不完全燃焼を
発生することなく燃焼させるために、限界電流式酸素セ
ンサのセンサ出力が正常かを検定する手段を有する燃焼
機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃焼機器を様々な環境下で使用すると、
外気温度の変動・気圧の変動・燃料供給手段や空気供給
手段の耐久性にまつわる変動のため、燃料供給量や空気
供給量が当初の計算値より変動する。例えば、海抜２０
００メートルの酸素希薄環境の高地では空気供給量（酸
素供給量）が平地と大きく異なり、平地で求めた当初の
計算値のまま使用すると不完全燃焼が発生する。この不
完全燃焼発生を防止するため燃焼機器は、空気量が少々
変動しても良好に燃焼するように燃焼部の構成を工夫
し、さらに燃焼状態の監視手段を併設している。

【０００３】一方、空気過剰率が燃焼排ガス流路中の酸
素濃度と相関があることに着目し、酸素濃度を計測する
酸素センサを開発して、この酸素センサを燃焼排ガス流
路中に配置して最適な酸素濃度つまり空気過剰率になる
ように制御を行う燃焼機器の提案が、特開平３−３３０
２２５号公報でなされている。この提案されている燃焼
機器は、図１９に示すように限界電流式酸素センサ５を
排ガス流路４に配置し、燃料供給手段１または空気供給
手段２を空燃比制御手段８で制御する構成である。限界
電流式酸素センサ５を用いて常に燃焼排ガス中酸素濃度
を一定になるように制御しているため、空気過剰率が常
に一定に保たれ不完全燃焼発生を防止できる利点があ
る。そして限界電流式酸素センサ５の劣化に伴う酸素濃
度の誤測定を防止するため、大気中における酸素センサ
出力を所定値に調整した後、排ガス流路中の酸素濃度の
検出を行っている。

【０００４】また最近になると、この種の燃焼機器にお
いて限界電流式酸素センサの劣化に伴う酸素濃度の誤測
定を防止するための提案が種々なされ、例えば、特開平
６−３０７６２８号公報では酸素濃度の計測時のみ監視
電圧を印加する方法、また特開平６−３０７６２７号公
報では空気供給手段２の出力を推定情報を用いて補正す
る方法、特開平７−２７３３４号公報ではフレームロッ
ドなどの燃焼検知部を用いて空燃比目標値を補正する方
法がある。また限界電流式酸素センサ自体についても、
特開平７−５５７６０号公報では特定の速度で電圧を印
加して経時劣化を検査する方法などが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来の提案され
ている技術の場合、限界電流式酸素センサが正常か異常
かの検定が燃焼用電圧値の印加状態で行われるため、大
気中において限界電流式酸素センサが燃焼用電圧値の印
加状態で正常に働かない場合、この検定方法では仮に限
界電流式酸素センサが誤測定を起こしていても制御側は
正常と誤判断する。そのため、限界電流式酸素センサを
用いて燃焼排ガス中酸素濃度が一定になるように制御す
る場合、限界電流式酸素センサが誤測定を起こすと不完
全燃焼が発生する問題点がある。この理由は、限界電流
式酸素センサが誤測定を起こすとセンサ出力は同一でも
燃焼排ガス中酸素濃度は異なる濃度となり、そのため本
来は良好な燃焼が得られる領域で制御しているはずが、
不完全燃焼領域で制御していることとなるためである。

【０００６】一方、限界電流式酸素センサによる制御に
フレームロッドなどの燃焼検知部を用いた提案の場合、
燃焼機器の使用によって短期間にフレームロッドの材質
劣化が起ってその火炎電流信号値が小さくなった場合、
限界電流式酸素センサによる制御は正常なのに、火炎電
流信号は予め記憶させた設定値と異なる値となり、燃焼
機器は不完全燃焼が発生したと判断して運転を停止させ
ることとなる。これは、限界電流式酸素センサによる制
御酸素濃度が、火炎電流信号の域値に対応する酸素濃度
のすぐ近辺に存在するため、フレームロッドの材質劣化
が有るとこの制御酸素濃度での火炎電流信号値はそれに
ともない小さい値となるためである。そのため、この提
案の燃焼機器はすぐに使用できなくなり、寿命が極端に
短い問題点があった。また、この提案は、火炎電流信号
値を常時検定しているため、限界電流式酸素センサによ
る制御中に偶発的に火炎電流信号が予め記憶させた設定
値と異なる値となった場合、燃焼機器は不完全燃焼が発
生したと判断して運転を停止させる弊害があった。

【０００７】本発明は、かかる従来の問題点を解決する
もので、不完全燃焼を発生することなく燃焼させるため
に、限界電流式酸素センサのセンサ出力が正常かを検定
する手段を有する燃焼機器を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明の空燃比制御手段を有する燃焼機器は、非燃焼
時に限界電流式酸素センサを燃焼用電圧値で印加させて
大気に曝した際のセンサ出力Ａを測定するセンサ出力検
出手段と、センサ出力検出手段で測定されたセンサ出力
Ａと予め記憶された域値Ｅと比較しその比較値に基づい
て印加電圧値を決定する印加電圧決定手段と、印加電圧
決定手段で決定された印加電圧にするために素子駆動用
直流電源が印加する電圧を高く変更する電圧変更手段
と、限界電流式酸素センサを電圧変更手段で高くされた
電圧値で大気中で印加させた際のセンサ出力Ｂを測定す
るセンサ補正出力検出手段と、センサ補正出力検出手段
で測定されたセンサ出力Ｂとセンサ出力検出手段で測定
されたセンサ出力Ａを比較して限界電流性を判断する限
界電流性判断手段と、限界電流性判断で限界電流と判断
された場合に作動してセンサ補正出力検出手段で測定さ
れたセンサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値設定手段で設
定される空燃比目標値を補正する空燃比目標値補正手段
とを付与した構成とした。

【０００９】また上記問題点を解決するため本発明の空
燃比制御手段を有する燃焼機器は、非燃焼時に限界電流
式酸素センサを燃焼用電圧値で印加させ大気に曝した際
のセンサ出力Ａを測定するセンサ出力検出手段と、素子
駆動用直流電源が印加する電圧を高くする電圧変更手段
と、限界電流式酸素センサを電圧変更手段で高く変更さ
れた電圧値で印加させ大気に曝した際のセンサ出力Ｂを
測定するセンサ補正出力検出手段と、センサ補正出力検
出手段で測定されたセンサ出力Ｂとセンサ出力検出手段
で測定されたセンサ出力Ａを比較して限界電流性を判断
する限界電流性判断手段と、限界電流性判断で限界電流
と判断された場合に作動してセンサ補正出力検出手段で
測定されたセンサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値設定手
段で設定される空燃比目標値を補正する空燃比目標値補
正手段とを付与した構成とした。

【００１０】また上記問題点を解決するため本発明の空
燃比制御手段を有する燃焼機器は、素子駆動用直流電源
が印加する電圧を高くする電圧変更手段と、非燃焼時に
限界電流式酸素センサを電圧変更手段により燃焼用電圧
値より高い電圧値で暖気起動させ大気に曝した際のセン
サ出力Ｂを測定するセンサ補正出力検出手段と、センサ
補正出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂが起動時に
オーバーシュートするかで限界電流性を判断する限界電
流性判断手段（II）と、限界電流性判断（II）で限界電
流と判断された場合に作動してセンサ補正出力検出手段
で測定されたセンサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値設定
手段で設定される空燃比目標値を補正する空燃比目標値
補正手段とを付与した構成とした。

【００１１】また上記問題点を解決するため本発明の空
燃比制御手段を有する燃焼機器は、非燃焼時に限界電流
式酸素センサを燃焼用電圧値で印加させて大気に曝した
際のセンサ出力Ａを測定するセンサ出力検出手段と、セ
ンサ出力検出手段で測定されたセンサ出力Ａと予め記憶
された域値Ｅと比較しその比較値に基づいて印加電圧値
を決定する印加電圧決定手段と、印加電圧決定手段で決
定された印加電圧にするために素子駆動用直流電源が印
加する電圧を高くする電圧変更手段と、非燃焼時に限界
電流式酸素センサを電圧変更手段により燃焼用電圧値よ
り高い電圧値で暖気起動させ大気に曝した際のセンサ出
力Ｂを測定するセンサ補正出力検出手段と、センサ補正
出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂが起動時にオー
バーシュートするかで限界電流性を判断する限界電流性
判断手段（II）と、限界電流性判断（II）で限界電流と
判断された場合に作動してセンサ補正出力検出手段で測
定されたセンサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値設定手段
で設定される空燃比目標値を補正する空燃比目標値補正
手段とを付与した構成とした。

【００１２】

【００１３】また上記問題点を解決するため本発明の空
燃比制御手段を有する燃焼機器は、空燃比制御手段での
制御を解除した状態において燃料供給手段または空気供
給手段のいずれかの一方の制御で排ガス中酸素濃度を高
くした燃焼状態にする異常検出用設定手段と、異常検出
用設定手段での燃焼状態において限界電流式酸素センサ
からのセンサ出力Ｚを測定する異常出力検出手段と、異
常出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｚと予め記憶さ
れた上限値Ｈ１および下限値Ｈ２との大小を比較する出
力異常検定手段と、出力異常検出手段で限界電流式酸素
センサからのセンサ出力Ｚが値Ｈ１以上または値Ｈ２未
満の場合は警報を発する警報発生手段とを付与した構成
とした。

【００１４】

【作用】本発明は上記構成にしたため、大気中において
限界電流式酸素センサを燃焼用電圧値より高くした電圧
値で作動させる際の電圧値が最適値に設定されるため短
時間でセンサ出力Ｂが得られる、センサ出力Ｂが限界電
流性であるかが判断されるためその精度が高い、センサ
出力Ｂに基づいて空燃比目標値を補正するため常に正し
い空燃比目標値が得られる。従って、常に正しい酸素濃
度で空燃比制御できる。

【００１５】また本発明は上記構成にしたため、大気中
において限界電流式酸素センサを燃焼用電圧値より高く
した電圧値で作動させる際のセンサ出力Ｂが限界電流性
であるかが判断されるためその精度が高い、センサ出力
Ｂに基づいて空燃比目標値を補正するため常に正しい空
燃比目標値が得られる。従って、常に正しい酸素濃度で
空燃比制御できる。

【００１６】また本発明は上記構成にしたため、大気中
において限界電流式酸素センサを燃焼用電圧値より高く
した電圧値で作動させる際のオーバーシュートによりセ
ンサ出力Ｂが限界電流性であるかが判断されるためセン
サ出力Ｂの精度が高い、センサ出力Ｂに基づいて空燃比
目標値を補正するため正しい空燃比目標値が得られる。
従って、常に正しい酸素濃度で空燃比制御できる。

【００１７】また本発明は上記構成にしたため、大気中
において限界電流式酸素センサを燃焼用電圧値より高く
した電圧値で作動させる際の電圧値が最適値に設定され
るため短時間でセンサ出力Ｂが得られる、オーバーシュ
ートによりセンサ出力Ｂが限界電流性であるかが判断さ
れるためセンサ出力Ｂの精度が高い、センサ出力Ｂに基
づいて空燃比目標値を補正するため常に正しい空燃比目
標値が得られる。従って、常に正しい酸素濃度で空燃比
制御できる。

【００１８】

【００１９】また本発明は上記構成にしたため、排ガス
中酸素濃度を高くした燃焼状態における限界電流式酸素
センサのセンサ出力Ｚが予め記憶された上限値Ｈ１およ
び下限値Ｈ２より大小が判断されるため、限界電流式酸
素センサの故障が判断できる。従って、誤った酸素濃度
での空燃比制御が防止できる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００２１】図１は本発明の一実施例である燃焼機器の
ブロック図である。１は燃料を供給する燃料供給手段、
２は空気を供給する空気供給手段、３は燃料を空気と混
合して燃焼させる燃焼部である。４は燃焼排ガスが通過
する排ガス流路であり、限界電流式酸素センサ５が配置
されている。限界電流式酸素センサ５は、その電極（記
載せず）に電圧を印加する素子駆動用直流電源６と、セ
ンサ出力を得るための電流検出手段７とで閉回路内が構
成されている。８は空燃比制御手段であり、電流検出手
段７からのセンサ出力に基づいて燃料供給手段１または
空気供給手段２のいずれかの一方の制御を空燃比目標値
になるように行う。９は空燃比目標値設定手段であり、
設定された空燃比目標値の信号を発する。

【００２２】１０はセンサ出力検出手段であり、燃焼停
止後に限界電流式酸素センサ５を燃焼用電圧で作動させ
大気に曝した際のセンサ出力Ａを測定する。１１は印加
電圧決定手段であり、センサ出力検出手段１０で測定し
たセンサ出力Ａと予め記憶された域値Ｅと比較しその比
較値に基づいて印加電圧値の決定を行う。１２は電圧変
更手段であり、印加電圧決定手段１１で決定された印加
電圧にするために、素子駆動用直流電源６が印加する電
圧を高く変更する。

【００２３】１３はセンサ補正出力検出手段であり、大
気中で限界電流式酸素センサ５を電圧変更手段１２で高
くした電圧値で作動させ、その際のセンサ出力Ｂを測定
する。１４は限界電流性判断手段であり、センサ補正出
力検出手段１３で測定されたセンサ出力Ｂと、センサ出
力検出手段１０で測定されたセンサ出力Ａを比較して、
限界電流性の判断を行う。１５は空燃比目標値補正手段
であり、限界電流性判断１４で限界電流と判断された場
合に作動して、センサ補正出力検定手段１５で測定され
たセンサ出力Ｂに基づいて、空燃比目標値設定手段９に
設定された空燃比目標値の補正を行う。

【００２４】１６は加熱用直流電源であり、限界電流式
酸素センサ５を所定温度まで加熱するための電源であ
る。

【００２５】センサ出力は基本的には電流検出手段７で
発生する。そのため、センサ出力Ａを測定するセンサ出
力検出手段１０、センサ出力Ｂを測定するセンサ補正出
力検出手段１３は、電流検出手段７で発生した大気中で
の各電圧値でのセンサ出力値ＡおよびＢを測定する（読
み取る）手段である。以下、同種の各種の出力検出手段
は、電流検出手段７で発生した各種センサ出力値を測定
する（読み取る）手段で表現する。

【００２６】図２は、本発明の第一の実施例である燃焼
機器の制御流れのフローチャートである。燃焼が停止し
て大気が流入し、燃焼用電圧値で作動させた限界電流式
酸素センサが大気中に曝された時からスタートする。ま
ずステップ１で、限界電流式酸素センサが作動状態で大
気中に所定時間曝される。所定時間経過するとステップ
２で、限界電流式酸素センサの大気中でのセンサ出力Ａ
を読み取る。ステップ３では、大気中でのセンサ出力Ａ
と予め記憶させた域値Ｅとの比較が行われ、センサ出力
Ａと域値Ｅの大小に応じて印加電圧が決定される。ステ
ップ４では、限界電流式酸素センサに印加する電圧値が
高く変更される。ステップ５では、印加電圧の変更後大
気中に所定時間曝される。ステップ６では、印加電圧が
変更された限界電流式酸素センサの大気中でのセンサ出
力Ｂを読み取る。ステップ７では、燃焼時での印加電圧
状態のセンサ出力Ａと、印加電圧が高く変更されたセン
サ出力Ｂとの比較が行われ、限界電流か否かが判断され
る。限界電流と判断された場合はステップ８に進み、セ
ンサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値の補正を行う。ステ
ップ９では、補正された新しい空燃比目標値の設定を行
う。一方、限界電流でないと判断された場合はステップ
１０に進み、警報を発する。

【００２７】図３は、本発明の実施例である燃焼機器の
限界電流式酸素センサに用いた素子の一部破断斜視図で
ある。３０は板状の酸素イオン電導性固体電解質であ
り、片側にカソード電極３１ａが、他面側にアノード電
極３１ｂ（記載せず）が形成されている。この固体電解
質板３０の片側上部に、カソード電極３１ａを囲み、始
端と終端がお互いに間隔を有するように配置された１個
の螺旋型硝子膜３２が配置されている。そして螺旋型硝
子膜３２の上部にシール板３３を配置して、螺旋型硝子
膜３２とシール板３３で拡散制限体を構成し、酸素拡散
孔３４が螺旋型硝子膜３２の相対向する隔壁と固体電解
質３０とシール板３３で囲まれる螺旋型の空間で形成さ
れるようにした。酸素は酸素拡散孔３４を経由してカソ
ード電極３１ａへ拡散する。なお、シール板３３の上部
には加熱部３５が配置されている。この素子は、断熱材
で周囲から外包されさらにこの断熱材をステンレス製金
網ケースで外包して限界電流式酸素センサとして用いら
れる。

【００２８】次に具体的実験例にもとずいて説明する。
素子に用いられる材料は以下の通りである。固体電解質
板３０としてＹ₂ Ｏ₃を８ｍｏｌ％添加した安定化ジル
コニア（以下、ＺｒＯ₂・Ｙ₂Ｏ₃と記す）の焼結板、カ
ソード電極３１ａおよびアノード電極３２ｂとして白金
に酸化ビスマスを３wt％混合した白金電極、螺旋型硝子
膜３２として硝子（熱膨脹係数はＺｒＯ₂・Ｙ₂Ｏ₃と同
一であり、所定粒径の耐熱性粒子を微量含有）、シール
板３３としてフォルステライト、加熱部３５として白金
ヒータを用いた。

【００２９】なお、カソード電極およびアノード電極
は、白金に１〜５wt％の酸化ビスマスを混合した白金電
極であり、酸化ビスマスが１wt％以下だと特性が得られ
ないし５wt％以上だと耐久性が悪いの観点から組成を決
定したものである。

【００３０】製法について説明する。まず、カソード電
極３１ａおよびアノード電極３１ｂを固体電解質板３０
に厚膜印刷しその後に焼成する工程で形成した。その後
さらに、螺旋型硝子膜３２を固体電解質板３０に厚膜印
刷しその後に焼成する工程で形成した。一方、シール板
３３のうえには加熱部３５を厚膜印刷しその後に焼成す
る工程で形成した。つぎに、固体電解質板３０上の螺旋
型硝子膜３２とシール板３３とを積層し加熱溶融するこ
とで酸素拡散孔３４を形成した。そしてリード線３６ａ
・３６ｂを固定材を用いて取りつけて完成である。素子
の寸法は１０×１０×１．０ｍｍである。

【００３１】素子は断熱材で周囲から外包し、さらにこ
の断熱材をステンレス製金網のケースに収納した。そし
て、電流検出手段７として１００Ωの抵抗を用いた駆動
回路を接続し、抵抗の両端の電圧値を測定しその電圧値
でセンサ出力が得られる様にした。なお、抵抗の両端電
圧値を１００Ωで除することで電流を算出した。

【００３２】限界電流式酸素センサの酸素２０．６％大
気中における電圧電流特性を図４に示す。

【００３３】使用初期品は、電圧０．６Ｖ以下において
は電圧の上昇に伴い電流が増加するイオン電流特性であ
ったが、電圧０．６Ｖ以上においては電圧に関わらず電
流が一定値を示す限界電流特性であった。さて限界電流
式酸素センサを燃焼排ガス中で使用する際は排ガス中水
分の影響を回避するために、印加電圧を１．０Ｖ以下に
設定する必要がある。そこで印加電圧を燃焼用電圧値
１．０Ｖに設定して燃焼排ガス中で使用すると、燃焼が
停止して大気が流入した雰囲気下では、使用初期品の電
流（センサ出力）はＥとなる。そこで、値Ｅを予め記憶
させた域値とした。

【００３４】一方、耐久試験品は、白金電極の劣化のた
め限界電流特性が電圧１．２Ｖ以上で得られる。従っ
て、印加電圧を燃焼用電圧値１．０Ｖに設定して燃焼排
ガス中で使用すると、燃焼が停止して大気が流入した雰
囲気下では、耐久試験品のセンサ出力はＡとなり、限界
電流特性が得られない。そのため、大気中で酸素濃度が
正しく計測できる限界電流特性を得るためには、印加電
圧を１．２Ｖ以上に設定する必要がある。そこで、印加
電圧を変更して補正用電圧に設定すると限界電流特性が
得られセンサ出力はＢとなる。このセンサ出力Ｂは、限
界電流領域であるならどの電圧値でも一定値である。

【００３５】限界電流式酸素センサの酸素濃度ー電流特
性を図５に示す。使用初期品は、燃焼用電圧１．０Ｖで
の電流（センサ出力）が酸素濃度に対して全領域で直線
関係にある。大気中（酸素濃度２０．６％）でのセンサ
出力はＥであり、空燃比制御する酸素濃度を９．０％と
すると対応する目標値はＸとなる。センサ出力が酸素濃
度に対して全領域でほぼ直線関係であるため、目標値Ｘ
はＥの０．４４倍となる。

【００３６】耐久試験品は、燃焼用電圧１．０Ｖでのセ
ンサ出力が酸素濃度約１７％までは直線関係でありそれ
以後の酸素濃度では変化せず一定値となる。そのため、
大気中（酸素濃度２０．６％）でのセンサ出力Ａでは酸
素濃度の計測ができない。しかし、電圧値を高くした補
正用電圧でのセンサ出力は酸素濃度に対して全領域で直
線関係にあり、大気中ではセンサ出力Ｂが得られる。

【００３７】大気中（酸素濃度２０．６％）でのセンサ
出力はＢであり、空燃比制御する酸素濃度αを９．０％
とすると対応する目標値はＹとなる。補正用電圧値での
センサ出力が酸素濃度に対して全領域でほぼ直線関係で
あるため、目標値Ｙはセンサ出力Ｂの０．４４倍であ
る。この０．４４倍は、酸素濃度αの９．０％を２０．
６％で除した値の０．４４倍である。このことより大気
中で限界電流が得られると、大気中でのセンサ出力を
０．４４倍することで、酸素濃度９．０％となるための
空燃比制御目標値が得られることがわかる。このことで
空燃比制御目標値の補正ができる。

【００３８】さて、電圧１．０Ｖでのセンサ出力Ａと補
正用電圧でのセンサ出力Ｂとを比較すると、値Ａは値Ｂ
の約０．８２倍となっている。値Ａが値Ｂの約０．８２
倍となっている理由は、値Ｂが限界電流であるためであ
る。一方、仮に値Ｂが限界電流でないと仮定すると、そ
の値は値Ｂよりはるかに大きな値となるはずであり、値
Ａとの比率は前述の値よりはるかに小さい値となる。こ
のことより、燃焼用電圧１．０Ｖでのセンサ出力Ａと補
正用電圧でのセンサ出力Ｂとを比較すると、値Ｂが限界
電流であるか否かが判断できる。

【００３９】補正用電圧は１．２Ｖ以上であるならどの
電圧値でもよいのだが、あまり電圧が高いと電子電導の
影響で限界電流が得られなくなるためその上限値を１．
８Ｖとした。また、この印加電圧の変更は時々行うこと
とした。

【００４０】そこで、燃焼用電圧値における耐久品のセ
ンサ出力値Ａと初期品のセンサ出力値（域値）Ｅとの関
係と、この関係で決定されるセンサ補正用電圧値と、燃
焼用電圧値でのセンサ出力Ａと補正用電圧値でのセンサ
出力Ｂとの関係で限界電流であると判断できるための関
係について整理した。この関係を（表１）に示す。

【００４１】なお、Ａ／Ｅが＋１．２以上の場合は、セ
ンサ故障と判断した。これは、Ｅの１．２倍値を予め記
憶された値Ｅ１とし、この値Ｅ１以上の値にＡがなる場
合はセンサが故障した場合であるためである。また、Ａ
／Ｅが０．６以下の場合は、センサ故障と判断した。こ
れは、Ｅの０．６倍値を予め記憶された値Ｅ２とし、こ
の値Ｅ２以下の値にＡがなる場合はセンサが故障した場
合であるためである。

【００４２】

【表１】

【００４３】図６は本発明の第２の実施例である燃焼機
器のブロック図である。第２実施例において第１実施例
と相違する点は、電圧変更手段１２がセンサ出力Ａを測
定した後に常に作動し、しかも序め記憶された電圧値に
素子駆動用直流電源６の電圧を常に変更させる構成とし
た事である。

【００４４】図７は、本発明の第２実施例である燃焼機
器の制御流れのフローチャートである。第１実施例の制
御流れと相違する点は、ステップ２２の印加電圧のアッ
プであり、ステップ２１のセンサ出力Ａの読み取り直後
に行われることである。以下、詳細に説明する。

【００４５】燃焼が停止して大気が流入し、燃焼時に作
動させた状態の限界電流式酸素センサが大気中に曝され
た時からスタートする。まずステップ２０で、限界電流
式酸素センサは燃焼用電圧値での作動状態で大気中に所
定時間曝される。所定時間経過するとステップ２１で、
限界電流式酸素センサの大気中でのセンサ出力Ａを読み
取る。ステップ２２では、限界電流式酸素センサに印加
する電圧が高く変更される。ステップ２３では、印加電
圧の変更後大気中に所定時間曝される。ステップ２４で
は、印加電圧が高く変更された限界電流式酸素センサの
大気中でのセンサ出力Ｂを読み取る。ステップ２５で
は、燃焼用電圧でのセンサ出力Ａと、印加電圧が高く変
更されたセンサ出力Ｂとの比較が行われ、限界電流か否
かが判断される。限界電流と判断された場合はステップ
２６に進み、センサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値の補
正を行い、ステップ２７で補正された新しい空燃比目標
値の設定を行う。一方、限界電流でないと判断された場
合はステップ２８に進み、警報を発する。

【００４６】限界電流式酸素センサの大気中における電
圧電流特性は図４で説明する。使用初期品は、電圧０．
６Ｖ以上において限界電流特性である。燃焼排ガス中で
使用する際は排ガス中水分の影響を回避するために、印
加電圧を１．０Ｖ以下に設定する必要がある。印加電圧
を１．０Ｖに設定して燃焼排ガス中で使用すると、燃焼
が停止して大気が流入した雰囲気下では、使用初期品の
電流（センサ出力）はＥとなり、値Ｅを予め記憶させた
域値とする。

【００４７】一方、耐久試験品は、限界電流特性が電圧
１．２Ｖ以上で得られる。従って、燃焼用電圧１．０Ｖ
に設定して燃焼排ガス中で使用すると、燃焼が停止して
大気が流入した雰囲気下では、耐久試験品のセンサ出力
はＡとなり、限界電流特性が得られない。そのため、大
気中で酸素濃度が正しく計測できる限界電流特性を得る
ためには、印加電圧を１．２Ｖ以上の補正用電圧に設定
する必要がありセンサ出力Ｂが得られる。

【００４８】限界電流式酸素センサの酸素濃度−電流特
性は図５で説明する。使用初期品は、燃焼用電圧１．０
Ｖでの電流（センサ出力）が酸素濃度に対して全領域で
直線関係にある。大気中（酸素濃度２０．６％）でのセ
ンサ出力はＥであり、空燃比制御する酸素濃度を９．０
％とすると対応する目標値はＸとなる。センサ出力が酸
素濃度に対して全領域でほぼ直線関係であるため、目標
値ＸはＥの０．４４倍となる。

【００４９】耐久試験品は、燃焼用電圧１．０Ｖでのセ
ンサ出力が酸素濃度約１７％までは直線関係でありそれ
以後の酸素濃度では変化せず一定値となる。そのため、
大気中（酸素濃度２０．６％）でのセンサ出力Ａでは酸
素濃度の計測ができない。しかし、電圧値を高くした補
正用電圧（例えば１．６Ｖ）でのセンサ出力は酸素濃度
に対して全領域で直線関係にある。

【００５０】大気中（酸素濃度２０．６％）でのセンサ
出力はＢであり、空燃比制御する酸素濃度を９．０％と
すると対応する目標値はＹとなる。補正用電圧値でのセ
ンサ出力が酸素濃度に対して全領域でほぼ直線関係であ
るため、目標値Ｙは値Ｂの０．４４倍である。この０．
４４倍は、酸素濃度の９．０％を２０．６％で除した値
の０．４４倍である。このことより限界電流が得られる
と、大気中でのセンサ出力を０．４４倍することで、酸
素濃度９．０％となるための空燃比制御目標値が得られ
ることがわかる。このことで空燃比制御目標値の補正が
できる。

【００５１】さて、燃焼用電圧１．０Ｖでのセンサ出力
Ａと補正用電圧（１．６Ｖ）でのセンサ出力Ｂとを比較
すると、値Ｂが限界電流であるため、値Ａは値Ｂの約
０．８２倍となる。値Ａが値Ｂの約０．８２倍となって
いる理由は、値Ｂが限界電流であるためである。一方、
仮に値Ｂが限界電流でないと仮定すると、その値は値Ｂ
よりはるかに大きな値となるはずであり、値Ａとの比率
は前述の値よりはるかに小さい値となる。このことよ
り、燃焼用電圧１．０Ｖでのセンサ出力Ａと補正用電圧
（１．６Ｖ）でのセンサ出力Ｂとを比較すると、値Ｂが
限界電流であるか否かが判断できる。補正用電圧は１．
２Ｖ以上であるならどの電圧値でもよいのだが、あまり
電圧が高いと電子電導の影響で限界電流が得られなくな
るためその上限を１．８Ｖとした。

【００５２】燃焼用電圧値における耐久品のセンサ出力
Ａと初期品のセンサ出力Ｅとの関係、変更後の電圧値、
耐久試験品において１．０Ｖのセンサ出力Ａと電圧変更
後のセンサ出力Ｂとの関係で限界電流であると判断でき
るための関係を整理した。それを（表２）に示す。

【００５３】なお、Ａ／Ｅが＋１．２以上の場合は、セ
ンサ故障と判断した。これは、Ｅの１．２倍値を予め記
憶された値Ｅ１とし、この値Ｅ１以上の値にＡがなる場
合はセンサが故障した場合であるためである。また、Ａ
／Ｅが０．６以下の場合は、センサ故障と判断した。こ
れは、Ｅの０．６倍値を予め記憶された値Ｅ２とし、こ
の値Ｅ２以下の値にＡがなる場合はセンサが故障した場
合であるためである。

【００５４】

【表２】

【００５５】図８は本発明の第３実施例である燃焼機器
のブロック図である。第３実施例において第１実施例と
相違する点は、限界電流性判断手段（II）においてセン
サ出力が暖気起動時にオーバーシュートするかで限界電
流性を判断する構成としたことである。１３はセンサ補
正出力検出手段であり、大気中で限界電流式酸素センサ
５を電圧変更手段１２で高くした電圧値で暖気起動さ
せ、その際のセンサ出力Ｂを測定する。１９は限界電流
性判断手段（II）であり、センサ補正出力検出手段１３
で測定されたセンサ出力が暖気起動時にオーバーシュー
トするかで限界電流性を判断する。１５は空燃比目標値
補正手段であり、限界電流性判断手段（II）１９で限界
電流と判断された場合に作動して、センサ補正出力検出
手段１３で測定された安定時のセンサ出力Ｂに基づい
て、空燃比目標値設定手段９に設定された空燃比目標値
の補正を行う。

【００５６】図９は、本発明の第３実施例である燃焼機
器の制御流れのフローチャートである。第１実施例の制
御流れとは、加熱用直流電源および素子駆動用直流電源
の作動停止など異なる制御流れとなっている。以下、詳
細に説明する。

【００５７】燃焼が停止して大気が流入し、限界電流式
酸素センサが大気中に曝された時からスタートする。ま
ずステップ４０で加熱用直流電源の作動が停止し、ステ
ップ４１で素子駆動用直流電源の作動が停止する。その
後ステップ４２で、限界電流式酸素センサは大気中に所
定時間曝されその温度が室温付近まで低下する。所定時
間経過すると、ステップ４３で素子駆動用直流電源が印
加電圧を高くして作動し、さらにステップ４４で加熱用
直流電源が作動して暖気起動される。するとステップ４
５で限界電流式酸素センサの大気中でのセンサ出力が定
期的に読み取る。ステップ４６ではセンサ出力が暖気起
動時にオーバーシュートするか否が判定される。オーバ
ーシュートして限界電流と判断された際はステップ４７
に進み、大気中に所定時間曝され安定時のセンサ出力Ｂ
を読み取る。その後、ステップ４８に進み、センサ出力
Ｂに基づいて空燃比目標値の補正を行う。ステップ４９
では、補正された新しい空燃比目標値の設定を行う。一
方、オーバーシュートせず限界電流でないと判断された
場合はステップ５０に進み、警報を発する。

【００５８】図１０は、本発明の第３実施例である燃焼
機器に用いられる限界電流式酸素センサの暖気起動特性
であり、素子駆動用直流電源と加熱用直流電源が同時に
作動して際の大気中におけるセンサ出力の過渡変化であ
る。良品（耐久品）は、補正用電圧値１．６Ｖで暖気起
動させた場合にセンサ出力がオーバーシュートしてお
り、限界電流特性が得られる場合の過渡変化を示す。そ
して所定時間経過するとセンサ出力は安定し、安定時の
センサ出力Ｂを読み取った。寿命品（比較品）は、セン
サ出力がオーバーシュートせず限界電流特性が得られな
い場合の過渡変化である。

【００５９】限界電流式酸素センサの酸素濃度−電流特
性は図５で説明する。限界電流特性が得られる耐久品の
大気中（酸素濃度２０．６％）でのセンサ出力はＢであ
り、空燃比制御する酸素濃度を９．０％とすると対応す
る目標値はＹとなる。補正用電圧値でのセンサ出力が酸
素濃度に対して全領域でほぼ直線関係であるため、目標
値ＹはＢの０．４４倍である。この０．４４倍は、酸素
濃度の９．０％を２０．６％で除した値の０．４４倍で
ある。このことより限界電流が得られると、大気中での
センサ出力Ｂを０．４４倍することで、酸素濃度９．０
％となるための空燃比制御目標値が得られることがわか
る。このことで空燃比制御目標値の補正ができる。

【００６０】図１１は本発明の第４実施例である燃焼機
器のブロック図である。第３実施例と相違する点は、印
加電圧決定手段１１においてセンサ出力Ａから印加電圧
値が決定され、この決定された電圧値での暖気起動にお
けるオーバーシュートから限界電流性を判断する構成と
したことである。１１は印加電圧決定手段であり、セン
サ出力検出手段１０で測定したセンサ出力Ａと予め記憶
された域値Ｅと比較しその比較値に基づいて印加電圧値
の決定を行う。１２は電圧変更手段であり、印加電圧決
定手段１１で決定された印加電圧にするために、素子駆
動用直流電源６が印加する電圧を高く変更する。１３は
センサ補正出力検出手段であり、大気中で限界電流式酸
素センサ５を電圧変更手段１２で高くした電圧値で暖気
起動させ、その際のセンサ出力Ｂを測定する。１９は限
界電流性判断手段（II）であり、センサ補正出力検出手
段１３で測定されたセンサ出力が暖気起動時にオーバー
シュートするかで限界電流性を判断する。１５は空燃比
目標値補正手段であり、限界電流性判断手段（II）１９
で限界電流と判断された場合に作動して、センサ補正出
力検出手段１３で測定された安定時のセンサ出力Ｂに基
づいて、空燃比目標値設定手段９に設定された空燃比目
標値の補正を行う。

【００６１】図１２は、本発明の第４実施例である燃焼
機器の制御流れのフローチャートである。第３実施例の
制御流れと相違する点は、ステップ６１でセンサ出力Ａ
を読み取り、ステップ６２でセンサ出力Ａから印加電圧
を決定した後に、加熱用直流電源および素子駆動用直流
電源の作動停止を行う制御流れとしたことである。燃焼
が停止して大気が流入し、限界電流式酸素センサが大気
中に曝された時からスタートする。まずステップ６０
で、限界電流式酸素センサが作動状態で大気中に所定時
間曝される。所定時間経過するとステップ６１で、限界
電流式酸素センサの大気中でのセンサ出力Ａを読み取
る。ステップ６２では、大気中でのセンサ出力Ａと予め
記憶させた域値Ｅとの比較が行われ、センサ出力Ａと域
値Ｅの大小に応じて印加電圧が決定される。ステップ６
３で加熱用直流電源の作動が停止し、ステップ６４で素
子駆動用直流電源の作動が停止する。その後ステップ６
５で所定時間経過すると、限界電流式酸素センサは大気
中に所定時間曝されその温度が室温付近まで低下する。
ステップ６６では電圧値を高くして素子駆動用直流電源
が作動して、さらにステップ６７で加熱用直流電源が作
動して暖気起動される。するとステップ６８で限界電流
式酸素センサの大気中でのセンサ出力が定期的に読み取
る。ステップ６９ではセンサ出力が暖気起動時にオーバ
ーシュートするか否が判定される。オーバーシュートし
て限界電流と判断された際はステップ７０に進み、大気
中に所定時間曝され安定時のセンサ出力Ｂを読み取る。
その後、ステップ７１に進み、センサ出力Ｂに基づいて
空燃比目標値の補正を行う。ステップ７２では、補正さ
れた新しい空燃比目標値の設定を行う。一方、オーバー
シュートせず限界電流でないと判断された場合はステッ
プ７３に進み、警報を発する。

【００６２】本発明の第４実施例である燃焼機器に用い
られる限界電流式酸素センサの暖気起動特性は図１０で
説明する。これは、素子駆動用直流電源と加熱用直流電
源が同時に作動して際の大気中におけるセンサ出力の過
渡変化である。良品（耐久品）は、補正用電圧値で暖気
起動させた場合にセンサ出力がオーバーシュートしてお
り、限界電流特性が得られる場合の過渡変化を示す。そ
して所定時間経過するとセンサ出力は安定し、安定時の
センサ出力Ｂを読み取った。寿命品（比較品）は、セン
サ出力がオーバーシュートせず限界電流特性が得られな
い場合の過渡変化である。

【００６３】限界電流式酸素センサの酸素濃度−電流特
性は図５で説明する。限界電流特性が得られる耐久品の
大気中（酸素濃度２０．６％）でのセンサ出力はＢであ
り、空燃比制御する酸素濃度を９．０％とすると対応す
る目標値はＹとなる。補正用電圧値でのセンサ出力が酸
素濃度に対して全領域でほぼ直線関係であるため、目標
値Ｙはセンサ出力Ｂの０．４４倍である。この０．４４
倍は、酸素濃度の９．０％を２０．６％で除した値であ
る。このことより限界電流が得られると、大気中でのセ
ンサ出力Ｂを０．４４倍することで、酸素濃度９．０％
となるための空燃比制御目標値が得られることがわか
る。

【００６４】燃焼用電圧値における耐久品のセンサ出力
値Ａと初期品のセンサ出力値（域値）Ｅとの関係と、こ
の関係で決定されるセンサ補正用電圧値、の関係につい
て整理した。この関係を（表３）に示す。

【００６５】補正用電圧は、あまり電圧が高いと電子電
導の影響で限界電流が得られなくなるためその上限を
１．８Ｖとした。

【００６６】なお、Ａ／Ｅが＋１．２以上の場合は、セ
ンサ故障と判断した。これは、Ｅの１．２倍値を予め記
憶された値Ｅ１とし、この値Ｅ１以上の値にＡがなる場
合はセンサが故障した場合であるためである。また、Ａ
／Ｅが０．６以下の場合は、センサ故障と判断した。こ
れは、Ｅの０．６倍値を予め記憶された値Ｅ２とし、こ
の値Ｅ２以下の値にＡがなる場合はセンサが故障した場
合であるためである。

【００６７】

【表３】

【００６８】図１３は本発明の第５実施例である燃焼機
器のブロック図である。第１から第４までの実施例と相
違する点は、大気中のセンサ出力Ａの値から空燃比制御
が可能か否かを判断する構成としたことである。１８は
センサ出力良否検定手段であり、センサ出力Ａが予め記
憶された値Ｅ１未満でありしかも値Ｅ２以上かを比較す
る。予め記憶された値Ｅ１は予め記憶させた域値Ｅより
大きい値であり、予め記憶された値Ｅ２は予め記憶させ
た域値Ｅより小さい値である。センサ出力検定手段１０
でセンサ出力Ａが予め記憶された値Ｅ１未満でありしか
も値Ｅ２以上と判定された場合、空燃比制御手段８で空
燃比制御を行う。一方、センサ出力検定手段でセンサ出
力Ａが予め記憶された値Ｅ１以上または値Ｅ２未満と判
定された場合は、警報発生手段１７で警報を発生する。

【００６９】図１４は、本発明の第５の実施例である燃
焼機器の制御流れのフローチャートである。燃焼が停止
して大気が流入し、燃焼用電圧値で作動させた状態の限
界電流式酸素センサが大気中に曝された時からスタート
する。まずステップ８０で、限界電流式酸素センサが作
動状態で大気中に所定時間曝される。所定時間経過する
とステップ８１で、限界電流式酸素センサの大気中での
センサ出力Ａを読み取る。ステップ８２では、大気中で
のセンサ出力Ａと予め記憶された値Ｅ１との比較が行わ
れ、センサ出力Ａが値Ｅ１未満ならステップ８３に進
み、センサ出力Ａが値Ｅ１以上ならステップ８５に進
む。ステップ８３では、大気中でのセンサ出力Ａと予め
記憶された値Ｅ２との比較が行われ、センサ出力Ａが値
Ｅ２以上ならステップ８４に進み、センサ出力Ａが値Ｅ
２以下ならステップ８５に進む。ステップ８４は空燃比
制御が可能と判断し、ステップ８５は警報発生を指示す
る。

【００７０】図１５は、本発明の第５実施例である燃焼
機器の効果特性図である。使用初期品は、大気中では電
圧０．６Ｖ以上において限界電流が得られる。さて燃焼
排ガス中で使用する際は、排ガス中水分の影響を回避す
るために印加電圧を１．０Ｖ以下に設定する必要があ
る。従って印加電圧１．０Ｖ設定では、大気雰囲気下に
おいて電流（センサ出力）はＥとなる。そこで、値Ｅを
予め記憶させた域値とする。また、燃焼雰囲気下の酸素
９％においても限界電流が得られ、印加電圧１．０Ｖで
の電流（センサ出力）はＸとなる。

【００７１】一方、耐久試験品は、電流が低下し大気中
では限界電流特性が電圧１．２Ｖ以上で得られる。従っ
て印加電圧１．０Ｖ設定では、大気雰囲気下においてセ
ンサ出力はＡとなり、限界電流特性が得られない。しか
し燃焼雰囲気下の酸素９％においては限界電流が得ら
れ、印加電圧１．０Ｖでのセンサ出力はＸとなる。

【００７２】さて限界電流の特性より印加電圧１．０Ｖ
設定では、大気中でのセンサ出力がＸ以上の場合におい
て、酸素９％での限界電流が得られる。このことより、
大気中でのセンサ出力Ａが、Ｘより大きい値であるＥ２
以上あれば、酸素９％での限界電流が得られることとな
る。一方、限界電流を得るために形成した酸素拡散孔の
寸法が大きく拡大した場合は、センサ出力が大きくな
り、最悪の場合は限界電流が得られなくなる。そこで、
大気中でのセンサ出力が、予め記憶させたしきい値Ｅよ
り大きい値であるＥ１を予め設定しておれば、限界電流
が得られなくなる最悪事態の検定ができる。

【００７３】図１６は本発明の第６実施例である燃焼機
器のブロック図である。第１から第５までの実施例と相
違する点は、空燃比制御を解除して燃焼を一時的に悪化
させ、得られるセンサ出力Ｚから燃焼機器の良否を判断
する構成としたことである。

【００７４】２０は異常検出用設定手段であり、空燃比
制御手段８での制御を解除した状態において燃料供給手
段１または空気供給手段２のいずれかの一方の制御で燃
焼を悪くさせる状態にする。２１は異常出力検出手段で
あり、異常検出用設定手段２０での燃焼状態において限
界電流式酸素センサ５から得られるセンサ出力Ｚを測定
する。２２は異常出力検定手段であり、異常出力検出手
段２１で測定されたセンサ出力Ｚと予め記憶された値Ｈ
１および値Ｈ２との大小を比較する。１７は警報発生手
段であり、異常出力検出手段２１で得られるセンサ出力
Ｚが値Ｈ１以上または値Ｈ２未満の場合は警報を発す
る。異常検出用設定手段２０は、燃焼直後もしくは燃焼
停止直前にを僅かな時間で駆動させると、効果的に燃焼
機器が作動する利点がある。

【００７５】図１７は、本発明の第６実施例である燃焼
機器の制御流れのフローチャートである。燃焼中であ
り、燃焼用電圧値で作動させた状態の限界電流式酸素セ
ンサが燃焼排ガス中に曝された時からスタートする。ま
ず、ステップ１００で空燃比制御が解除される。そし
て、ステップ１０１で異常検出用設定手段での燃焼に変
更され、燃焼供給手段で燃料の量を減少させるか、また
は空気供給手段で空気の量を増加させるか、のいずれか
の一方の制御で目標値Ｘに対応する酸素濃度αより大き
い酸素濃度で燃焼をさせる。ステップ１０２で所定時間
が経過した後、ステップ１０３で排ガス中での限界電流
式酸素センサのセンサ出力Ｚを読み取る。ステップ１０
４では、排ガスでのセンサ出力Ｚと予め記憶された値Ｈ
１との比較が行われ、センサ出力Ｚが値Ｈ１未満ならス
テップ１０５に進み、センサ出力Ｚが値Ｈ１以上ならス
テップ１０７に進む。ステップ１０５では、センサ出力
Ｚと予め記憶された値Ｈ２との比較が行われ、センサ出
力Ｚが値Ｈ２以上ならステップ１０６に進み、センサ出
力Ｚが値Ｈ２以下ならステップ１０７に進む。ステップ
１０６は空燃比制御が可能と判断し、ステップ１０７は
警報発生を指示する。

【００７６】図１８は、本発明の第６実施例である燃焼
機器の効果特性図である。(a)は燃焼排ガス中酸素濃度
とセンサ出力の関係であり、(b)は燃焼排ガス中酸素濃
度と排ガス中一酸化炭素濃度の関係である。

【００７７】使用初期品は、空燃比制御目標値をＸとす
ると対応する酸素濃度はαとなる。さて異常検出のため
に、空燃比制御目標値Ｘに対応する酸素濃度αより大き
い酸素濃度で燃焼をさせると、得られるセンサ出力Ｚは
目標値Ｘより大きい値となる。そこで、目標値Ｘより大
きい下限値Ｈ２を設定すると、センサ出力Ｚは下限値Ｈ
２より大きな値となる。一方、センサ出力Ｚが上限値Ｈ
１であると酸素濃度はηとなり、この酸素濃度η以上の
燃焼では不完全燃焼を起こし一酸化炭素を多量に発生す
る。そこで、センサ出力Ｚが上限値Ｈ１以上の値となる
と警報を発して異常を知らせるようにした。

【００７８】耐久試験品（特性低下品）は、空燃比制御
目標値をＸとすると対応する酸素濃度はβとなり、本来
の酸素濃度αとは異なる濃度で燃焼するため僅かに不完
全燃焼を起こす。異常検出のために、目標値Ｘに対応す
る酸素濃度αより大きい酸素濃度で燃焼をさせると、こ
の濃度は下限値Ｈ２に対応する酸素濃度εより低濃度で
あるため、得られるセンサ出力Ｚは下限値Ｈ２より小さ
い値となる。このため警報を発して異常が判明する。特
に、下限値Ｈ２を目標値Ｘと同一値とすると、異常が明
白に判明する。

【００７９】耐久試験品（特性上昇品）は、空燃比制御
目標値をＸとすると対応する酸素濃度はγとなり、本来
の酸素濃度αより低濃度で燃焼するが正常燃焼である。
しかし異常検出のために、目標値Ｘに対応する酸素濃度
αより大きい酸素濃度で燃焼をさせると、この濃度は下
限値Ｈ２に対応する酸素濃度ζより高濃度であるため、
得られるセンサ出力Ｚは下限値Ｈ２より大きい値とな
る。しかし、上限値Ｈ１に対応する酸素濃度ιより高濃
度であるため、得られるセンサ出力Ｚは上限値Ｈ１より
大きい値となる。このため警報を発して異常が判明す
る。

【００８０】以上のように、異常検出用設定手段２０を
用いて、空燃比制御を解除して空燃比制御目標値Ｘに対
応する酸素濃度αより大きい酸素濃度で燃焼をさせる
と、耐久試験品の特性低下または特性上昇が判別でき
る。従って、限界電流式酸素センサの特性変化により、
空燃比制御目標値Ｘに対応する酸素濃度αと異なる酸素
濃度で燃焼が起こることが防止できる。また、センサ出
力Ｚが下限値Ｈ２より小さい値となった場合は、空燃比
制御目標値をＸより小さい値に変更すると、耐久試験品
の特性低下があっても本来の酸素濃度αに近似の酸素濃
度で燃焼することができる。また、センサ出力Ｚが上限
値Ｈ１より大きい値となった場合は、空燃比制御目標値
をＸより大きい値に変更すると、耐久試験品の特性上昇
があっても本来の酸素濃度αに近似の酸素濃度で燃焼す
ることができる。この機能を有する目標値設定手段２３
を併設した。

【００８１】本発明の燃焼機器には、燃焼停止後に限界
電流式酸素センサ５を作動させ大気に曝した際のセンサ
出力Ａを測定するセンサ出力検出手段１０と、センサ出
力Ａと予め記憶された上限値Ｅ１および下限値Ｅ２との
大小を比較するセンサ出力良否検出手段１８と、センサ
出力Ａが上限値Ｅ１以上または下限値Ｅ２未満の場合は
警報を発する警報発生手段１７を、さらに付与する構成
も可能である。このことで、限界電流式酸素センサの寿
命が判断でき、不完全燃焼を起こすことない燃焼機器が
得られる。特に、燃焼停止直後に酸素センサを燃焼用電
圧値で作動させ大気に曝した際のセンサ出力Ａを測定す
ると、効果的に燃焼機器が作動する利点がある。なお、
予め記憶された値Ｅ１は、燃焼用電圧値を印加させて大
気に曝した際の使用初期品のセンサ出力Ｅより大きい値
である。また、予め記憶された値Ｅ２は、センサ出力Ｅ
より小さくしかも空燃比目標値より大きい値である。

【００８２】また、本発明の燃焼機器は、限界電流性判
断手段１４もしくは限界電流性判断手段（II）１９にお
いて限界電流が得られないと判断された場合は、作動し
て警報を発する警報発生手段１７を付与した構成も可能
である。このことで、限界電流式酸素センサの寿命が判
断でき、不完全燃焼を起こすことない燃焼機器が得られ
る。また、警報発生手段１７で警報が発せられた場合、
燃焼を停止する燃焼停止手段２５、空燃比制御を解除す
る空燃比制御解除手段２４を必要に応じてさらに併用す
ると、一層信頼性の高い燃焼機器が得られる。特に、燃
焼停止手段２５は、複数回の警報で作動する様にすると
燃焼機器の信頼性がますます向上する。

【００８３】

【発明の効果】

（１）本発明は、大気中において限界電流式酸素センサ
を燃焼用電圧値より最適な値で高くした電圧値で作動さ
せ、得られるセンサ出力Ｂが限界電流性であるかを判断
した後センサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値を補正する
手段を付与した燃焼機器である。従って短時間でセンサ
出力Ｂが得られしかも、精度が高い正しい酸素濃度が常
に得られ不完全燃焼を起こすことない長寿命の燃焼機器
が得られる。

【００８４】（２）本発明は、大気中において限界電流
式酸素センサを燃焼用電圧値より高くした電圧値で作動
させ、得られるセンサ出力Ｂが限界電流性であるかを判
断した後センサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値を補正す
る手段を付与した燃焼機器である。従って、精度が高い
正しい酸素濃度が常に得られ、不完全燃焼を起こすこと
ない長寿命の燃焼機器が得られる。

【００８５】（３）本発明は、大気中において限界電流
式酸素センサを燃焼用電圧値より高くした電圧値で作動
させ、得られるセンサ出力Ｂが限界電流性であるかをそ
のオーバーシュウートで判断した後センサ出力Ｂに基づ
いて空燃比目標値を補正する手段を付与した燃焼機器で
ある。従って、精度が高い正しい酸素濃度が常に得ら
れ、不完全燃焼を起こすことない長寿命の燃焼機器が得
られる。

【００８６】（４）本発明は、大気中において限界電流
式酸素センサを燃焼用電圧値より最適な値で高くした電
圧値で作動させ、得られるセンサ出力Ｂが限界電流性で
あるかをそのオーバーシュウートで判断した後センサ出
力Ｂに基づいて空燃比目標値を補正する手段を付与した
燃焼機器である。従って、短時間でセンサ出力Ｂが得ら
れしかもその精度が高い正しい酸素濃度が常に得られ、
不完全燃焼を起こすことない長寿命の燃焼機器が得られ
る。

【００８７】（５）本発明は、大気中において限界電流
式酸素センサを燃焼用電圧値で作動させた際のセンサ出
力Ａが予め記憶された上限値Ｅ１および下限値Ｅ２より
大小かを判断する手段を付与した燃焼機器である。従っ
て、限界電流式酸素センサの寿命が判断でき、不完全燃
焼を起こすことない燃焼機器が得られる。

【００８８】（６）本発明は、排ガス中酸素濃度を高く
した燃焼状態における限界電流式酸素センサのセンサ出
力Ｚが予め記憶された上限値Ｈ１および下限値Ｈ２より
大小かを判断する手段を付与した燃焼機器である。従っ
て、限界電流式酸素センサの寿命が判断でき、不完全燃
焼を起こすことない燃焼機器が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である燃焼機器のブロッ
ク図

【図２】本発明の第１の実施例である燃焼機器の制御流
れのフローチャート

【図３】本発明の実施例である燃焼機器に用いる限界電
流式酸素センサの素子の一部破断斜視図

【図４】本発明の実施例である燃焼機器に用いる限界電
流式酸素センサの特性特性図

【図５】本発明の実施例である燃焼機器に用いる限界電
流式酸素センサの特性図

【図６】本発明の第２の実施例である燃焼機器のブロッ
ク図

【図７】本発明の第２の実施例である燃焼機器の制御流
れのフローチャート

【図８】本発明の第３の実施例である燃焼機器のブロッ
ク図

【図９】本発明の第３の実施例である燃焼機器の制御流
れのフローチャート

【図１０】本発明の第３実施例および第４実施例である
燃焼機器に用いる限界電流式酸素センサの特性図

【図１１】本発明の第４の実施例である燃焼機器のブロ
ック図

【図１２】本発明の第４の実施例である燃焼機器の制御
流れのフローチャート

【図１３】本発明の第５の実施例である燃焼機器のブロ
ック図

【図１４】本発明の第５の実施例である燃焼機器の制御
流れのフローチャート

【図１５】本発明の第５の実施例である燃焼機器に用い
る限界電流式酸素センサの特性図

【図１６】本発明の第６の実施例である燃焼機器のブロ
ック図

【図１７】本発明の第６の実施例である燃焼機器の制御
流れのフローチャート

【図１８】（ａ）本発明の第６の実施例である燃焼機器
に用いる限界電流式酸素センサの特性図（ｂ）本発明の第６の実施例である燃焼機器の酸素濃度
−一酸化炭素発生量特性図

【図１９】従来の燃焼機器のブロック図

【符号の説明】

１燃料供給手段２空気供給手段３燃焼部４排ガス流路５限界電流式酸素センサ６素子駆動用直流電源７電流検出手段８空燃比制御手段９空燃比目標値設定手段１０センサ出力検出手段１１印加電圧決定手段１２電圧変更手段１３センサ補正出力検出手段１４限界電流性判断手段１５空燃比目標値補正手段１６加熱用直流電源１７警報発生手段１８センサ出力良否検定手段１９限界電流性判断手段（II）２０異常検出用設定手段２１異常出力検出手段２２異常出力良否検定手段２３目標設定手段２４空燃比制御解除手段２５燃焼停止手段３０酸素イオン導電性固体電解質３１ａカソード電極３２螺旋型硝子膜３３シール板３４酸素拡散孔３５加熱部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料供給手段と、空気供給手段と、燃焼部
と、排ガス流路と、前記排ガス流路内に配置した限界電
流式酸素センサと、前記酸素センサ内に配置した電極に
電圧を印加させる素子駆動用直流電源と、前記電極と前
記素子駆動用直流電源との閉回路内に配置してセンサ出
力を得るための電流検出手段と、空燃比目標値を設定し
その信号を発する空燃比目標値設定手段と、前記酸素セ
ンサからのセンサ出力に基づいて前記空燃比目標値設定
手段で設定された空燃比目標値になるように前記燃料供
給手段または前記空気供給手段のいずれかの一方の制御
をおこなう空燃比制御手段とを有する燃焼機器におい
て、非燃焼時に前記酸素センサを燃焼用電圧値で印加さ
せて大気に曝した際のセンサ出力Ａを測定するセンサ出
力検出手段と、前記センサ出力検出手段で測定されたセ
ンサ出力Ａと予め記憶された域値Ｅと比較しその比較値
に基づいて印加電圧値を決定する印加電圧決定手段と、
前記印加電圧決定手段で決定された印加電圧にするため
に前記素子駆動用直流電源が印加する電圧を高く変更す
る電圧変更手段と、前記酸素センサを前記電圧変更手段
で高くされた電圧値で大気中で印加させた際のセンサ出
力Ｂを測定するセンサ補正出力検出手段と、前記センサ
補正出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂとセンサ出
力検出手段で測定されたセンサ出力Ａを比較して限界電
流性を判断する限界電流性判断手段と、前記限界電流性
判断で限界電流と判断された場合に作動して前記センサ
補正出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂに基づいて
前記空燃比目標値設定手段で設定される空燃比目標値を
補正する空燃比目標値補正手段とを付与した燃焼機器。
【請求項２】燃料供給手段と、空気供給手段と、燃焼部
と、排ガス流路と、前記排ガス流路内に配置した限界電
流式酸素センサと、前記酸素センサ内に配置した電極に
電圧を印加する素子駆動用直流電源と、前記電極と前記
素子駆動用直流電源との閉回路内に配置してセンサ出力
を得るための電流検出手段と、空燃比目標値を設定しそ
の信号を発する空燃比目標値設定手段と、前記酸素セン
サからのセンサ出力に基づいて前記空燃比目標値設定手
段の空燃比目標値になるように前記燃料供給手段または
前記空気供給手段のいずれかの一方の制御をおこなう空
燃比制御手段を有する燃焼機器において、非燃焼時に前
記酸素センサを燃焼用電圧値で印加させ大気に曝した際
のセンサ出力Ａを測定するセンサ出力検出手段と、前記
素子駆動用直流電源が印加する電圧を高くする電圧変更
手段と、前記酸素センサを前記電圧変更手段で高く変更
された電圧値で印加させ大気に曝した際のセンサ出力Ｂ
を測定するセンサ補正出力検出手段と、前記センサ補正
出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂとセンサ出力検
出手段で測定されたセンサ出力Ａを比較して限界電流性
を判断する限界電流性判断手段と、前記限界電流性判断
で限界電流と判断された場合に作動して前記センサ補正
出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂに基づいて前記
空燃比目標値設定手段で設定される空燃比目標値を補正
する空燃比目標値補正手段とを付与した燃焼機器。
【請求項３】燃料供給手段と、空気供給手段と、燃焼部
と、排ガス流路と、前記排ガス流路内に配置した限界電
流式酸素センサと、前記酸素センサ内に配置した電極に
電圧を印加する素子駆動用直流電源と、前記電極と前記
素子駆動用直流電源との閉回路内に配置してセンサ出力
を得るための電流検出手段と、空燃比目標値を設定しそ
の信号を発する空燃比目標値設定手段と、前記酸素セン
サからのセンサ出力に基づいて前記空燃比目標値設定手
段の空燃比目標値になるように前記燃料供給手段または
前記空気供給手段のいずれかの一方の制御をおこなう空
燃比制御手段を有する燃焼機器において、前記素子駆動
用直流電源が印加する電圧を高くする電圧変更手段と、
非燃焼時に前記酸素センサを前記電圧変更手段により燃
焼用電圧値より高い電圧値で暖気起動させ大気に曝した
際のセンサ出力Ｂを測定するセンサ補正出力検出手段
と、前記センサ補正出力検出手段で測定されたセンサ出
力Ｂが起動時にオーバーシュートするかで限界電流性を
判断する限界電流性判断手段（II）と、前記限界電流性
判断（II）で限界電流と判断された場合に作動して前記
センサ補正出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂに基
づいて前記空燃比目標値設定手段で設定される空燃比目
標値を補正する空燃比目標値補正手段とを付与した燃焼
機器。
【請求項４】燃料供給手段と、空気供給手段と、燃焼部
と、排ガス流路と、前記排ガス流路内に配置した限界電
流式酸素センサと、前記酸素センサ内に配置した電極に
電圧を印加する素子駆動用直流電源と、前記電極と前記
素子駆動用直流電源との閉回路内に配置してセンサ出力
を得るための電流検出手段と、空燃比目標値を設定しそ
の信号を発する空燃比目標値設定手段と、前記酸素セン
サからのセンサ出力に基づいて前記空燃比目標値設定手
段の空燃比目標値になるように前記燃料供給手段または
前記空気供給手段のいずれかの一方の制御をおこなう空
燃比制御手段を有する燃焼機器において、非燃焼時に限
界電流式酸素センサを燃焼用電圧値で印加させて大気に
曝した際のセンサ出力Ａを測定するセンサ出力検出手段
と、前記センサ出力検出手段で測定されたセンサ出力Ａ
と予め記憶された域値Ｅと比較しその比較値に基づいて
印加電圧値を決定する印加電圧決定手段と、前記印加電
圧決定手段で決定された印加電圧にするために前記素子
駆動用直流電源が印加する電圧を高くする電圧変更手段
と、非燃焼時に前記酸素センサを前記電圧変更手段によ
り燃焼用電圧値より高い電圧値で暖気起動させ大気に曝
した際のセンサ出力Ｂを測定するセンサ補正出力検出手
段と、前記センサ補正出力検出手段で測定されたセンサ
出力Ｂが起動時にオーバーシュートするかで限界電流性
を判断する限界電流性判断手段（II）と、前記限界電流
性判断（II）で限界電流と判断された場合に作動して前
記センサ補正出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂに
基づいて前記空燃比目標値設定手段で設定される空燃比
目標値を補正する空燃比目標値補正手段とを付与した燃
焼機器。
【請求項５】燃料供給手段と、空気供給手段と、燃焼部
と、排ガス流路と、前記排ガス流路内に配置した限界電
流式酸素センサと、前記酸素センサ内に配置した電極に
電圧を印加して作動させる素子駆動用直流電源と、前記
電極と前記素子駆動用直流電源との閉回路内に配置して
センサ出力を得るための電流検出手段と、空燃比目標値
Ｘを設定しその信号を発する空燃比目標値設定手段と、
前記酸素センサからのセンサ出力に基づいて前記空燃比
目標値設定手段の空燃比目標値になるように前記燃料供
給手段または前記空気供給手段のいずれかの一方の制御
をおこなう空燃比制御手段を有する燃焼機器において、
前記空燃比制御手段での制御を解除し前記燃料供給手段
または前記空気供給手段のいずれかの一方の制御で空燃
比目標値Ｘに対応する酸素濃度値より大きい酸素濃度値
での燃焼状態にする異常検出用設定手段と、前記異常検
出用設定手段での燃焼状態において前記酸素センサから
のセンサ出力Ｚを測定する異常出力検出手段と、前記異
常出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｚと予め記憶さ
れた目標値Ｘ以上の値である上限値Ｈ１および下限値Ｈ
２との大小を比較する出力異常検定手段と、前記出力異
常検出手段で前記酸素センサからのセンサ出力Ｚが上限
値Ｈ１以上または下限値Ｈ２未満の場合は警報を発する
警報発生手段とを付与した燃焼機器。
【請求項６】非燃焼時に限界電流式酸素センサを燃焼用
電圧値で印加させて大気に曝した際のセンサ出力Ａを測
定するセンサ出力検出手段と、予め記憶された上限値Ｅ
１を燃焼用電圧値を印加させて大気に曝した際の使用初
期品のセンサ出力である域値Ｅより大きい値とし予め記
憶された下限値Ｅ２を域値Ｅより小さくしかも空燃比目
標値より大きい値とした場合の上限値Ｅ１および下限値
Ｅ２と前記センサ出力検出手段で測定されたセンサ出力
Ａとの大小を比較するセンサ出力良否検定手段と、前記
センサ出力良否検定手段で上限値Ｅ１以上または下限値
Ｅ２未満の場合は警報を発する警報発生手段を付与した
請求項１または請求項２または請求項３または請求項４
または請求項５記載の燃焼機器。
【請求項７】電圧変更手段で行う印加電圧の変更を時々
行う請求項１または請求項２または請求項３または請求
項４記載の燃焼機器。
【請求項８】電圧変更手段で行う印加電圧の変更に上限
値を設け、上限値になると警報を発する警報発生手段を
付与した請求項１または請求項４記載の燃焼機器。
【請求項９】限界電流性判断手段もしくは限界電流性判
断手段（II）において限界電流が得られないと判断され
た場合に作動して警報を発する警報発生手段を付与した
請求項１または請求項２または請求項３または請求項４
記載の燃焼機器。
【請求項１０】警報発生手段で発せられた複数回の警報
により燃焼を停止する燃焼停止手段を付与した請求項５
または請求項６または請求項８または請求項９記載の燃
焼機器。
【請求項１１】燃焼直後もしくは燃焼停止直前に異常検
出用設定手段を僅かな時間で駆動させる請求項５記載の
燃焼機器。
【請求項１２】燃焼停止直後に限界電流式酸素センサを
燃焼用電圧値で作動させ大気に曝した際のセンサ出力Ａ
を測定する請求項１または請求項２または請求項４また
は請求項６記載の燃焼機器。
【請求項１３】限界電流式酸素センサが、酸化ビスマス
を１〜１５wt％混合した白金電極と、前記白金電極膜が
両面に形成されたジルコニア系酸素イオン導電性固体電
解質焼結基板と、前記固体電解質基板の片側に配置され
前記電極を囲むように配置された熱膨張係数が固体電解
質と±１０％以内で同じの螺旋型硝子膜と、前記螺旋型
硝子膜の上部に配置されたフォルステライト製焼結性シ
ール板とからなる構成である請求項１または請求項２ま
たは請求項３または請求項４または請求項５記載の燃焼
機器。
【請求項１４】空燃比目標値Ｘを、良好燃焼が得られる
排ガス酸素濃度範囲における高酸素濃度側での燃焼が得
られるように設定した請求項５記載の燃焼機器。
【請求項１５】センサ出力Ｚが上限値Ｈ１より大きい値
の場合は空燃比目標値をＸより大きい予め記憶された値
に変更し、センサ出力Ｚが下限値Ｈ２より小さい値の場
合は空燃比目標値をＸより小さい予め記憶された値に変
更する目標値設定手段を併設した請求項５記載の燃焼機
器。