JPH0337095B2 - - Google Patents
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- JPH0337095B2 JPH0337095B2 JP59070145A JP7014584A JPH0337095B2 JP H0337095 B2 JPH0337095 B2 JP H0337095B2 JP 59070145 A JP59070145 A JP 59070145A JP 7014584 A JP7014584 A JP 7014584A JP H0337095 B2 JPH0337095 B2 JP H0337095B2
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- Japan
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- air
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- flame
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Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 51
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 20
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 16
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N5/00—Systems for controlling combustion
- F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
- F23N5/08—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements
- F23N5/085—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements using electrical or electromechanical means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Combustion (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、燃焼装置に用いる空燃比検出装置に
関する。
関する。
ボイラの燃焼の運転効率の向上や自動車の排ガ
ス規制に対応して、燃焼の空燃比を制御するとい
う要求がある。この要求に対して、従来は、燃焼
状態における燃料過剰から空気過剰への酸素量の
変化に着目し、ジルコニア酸素濃度計等の酸素濃
度計によりこの酸素量を検出することで、空燃比
を検知するという方法が一般的にとられている。
しかしながらこの方法は、燃焼という過酷な使用
雰囲気中にセンサ素子をそう入させることから、
センサ素子の故障の発生も多く、寿命も短いもの
あつた。また、センサ素子として特殊な材料を使
用するため、価格面でも高くなり、一般的なもの
でとはいえないのであつた。更に応答性も十分な
ものではなかつた。
ス規制に対応して、燃焼の空燃比を制御するとい
う要求がある。この要求に対して、従来は、燃焼
状態における燃料過剰から空気過剰への酸素量の
変化に着目し、ジルコニア酸素濃度計等の酸素濃
度計によりこの酸素量を検出することで、空燃比
を検知するという方法が一般的にとられている。
しかしながらこの方法は、燃焼という過酷な使用
雰囲気中にセンサ素子をそう入させることから、
センサ素子の故障の発生も多く、寿命も短いもの
あつた。また、センサ素子として特殊な材料を使
用するため、価格面でも高くなり、一般的なもの
でとはいえないのであつた。更に応答性も十分な
ものではなかつた。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
のであり、火炎の輻射光の光強度のAC成分と空
燃比との間に一定の関係があることを見出し、こ
の関係を用いて空燃比を確実に検出できるように
した空燃比検出装置を提供するものである。
のであり、火炎の輻射光の光強度のAC成分と空
燃比との間に一定の関係があることを見出し、こ
の関係を用いて空燃比を確実に検出できるように
した空燃比検出装置を提供するものである。
次に、本発明者が行つた基礎実験のデータ結果
に基づいて、本発明を詳細に説明する。第１図に
基礎実験のブロツク構成図を示す。燃焼室１で燃
焼している火炎２はレンズ３を介して光電センサ
４上に結像され、電気信号に変換される。この電
気信号はアンプ５により増巾されたのち、ハイパ
スフイルタ６でDC成分光がカツトされ、AC成分
光のみが選択される。ハイパスフイルタ６の出力
は整流回路７を介して積分器８に入力され、この
AC成分光の強度が検出される。空燃比は、バー
ナ近傍に供給される空気量を変化させることで変
えることができる。なお。この実験において燃料
は都市ガスを用い、その圧力はガス圧力制御弁９
によつて一定値に制御される。第２図にこの実験
のデータ結果の一例を示す。横軸は空燃比ηであ
り、縦軸は検出された火炎の輻射光のAC成分の
光強度Ｐである。
に基づいて、本発明を詳細に説明する。第１図に
基礎実験のブロツク構成図を示す。燃焼室１で燃
焼している火炎２はレンズ３を介して光電センサ
４上に結像され、電気信号に変換される。この電
気信号はアンプ５により増巾されたのち、ハイパ
スフイルタ６でDC成分光がカツトされ、AC成分
光のみが選択される。ハイパスフイルタ６の出力
は整流回路７を介して積分器８に入力され、この
AC成分光の強度が検出される。空燃比は、バー
ナ近傍に供給される空気量を変化させることで変
えることができる。なお。この実験において燃料
は都市ガスを用い、その圧力はガス圧力制御弁９
によつて一定値に制御される。第２図にこの実験
のデータ結果の一例を示す。横軸は空燃比ηであ
り、縦軸は検出された火炎の輻射光のAC成分の
光強度Ｐである。
第２図のデータからわかるように、この実験条
件においては、空燃比η＝0.9の近傍で輻射光の
AC成分の光強度Ｐの極大値を有し、η＞0.9の領
域では空燃比ηの値の増大とともにＰの値か減少
し、η＜0.9の領域では空燃比ηの値の減少とと
もにＰの値が減少していることがわかる。これか
ら、η＞0.9あるいはη＜0.9の領域では、火炎の
輻射光のAC成分の光強度を検出すれば空燃比を
検出することができることになるのである。本発
明はこのように、火炎の輻射光のAC成分の光強
度を検出することで空燃比を検出する空燃比検出
装置を構成するものである。
件においては、空燃比η＝0.9の近傍で輻射光の
AC成分の光強度Ｐの極大値を有し、η＞0.9の領
域では空燃比ηの値の増大とともにＰの値か減少
し、η＜0.9の領域では空燃比ηの値の減少とと
もにＰの値が減少していることがわかる。これか
ら、η＞0.9あるいはη＜0.9の領域では、火炎の
輻射光のAC成分の光強度を検出すれば空燃比を
検出することができることになるのである。本発
明はこのように、火炎の輻射光のAC成分の光強
度を検出することで空燃比を検出する空燃比検出
装置を構成するものである。
第３図に本発明の一実施例を示す。第１図に示
す実験装置の信号処理回路と異なる点は、AC成
分が極値をとる空燃比の値が0.9であると仮定し
た場合、η＞0.9かη＜0.9を選択する選択手段１
１と、Ｐの値をηの値に変換する２つのＰ／η変
換器１２，１３が設けられている点である。ηが
η＞0.9あるいはη＜0.9のどちらかの領域で固定
されて燃焼されている場合には、選択手段はスイ
ツチ等で構成され、マニユアルにて選択すればよ
いものである。
す実験装置の信号処理回路と異なる点は、AC成
分が極値をとる空燃比の値が0.9であると仮定し
た場合、η＞0.9かη＜0.9を選択する選択手段１
１と、Ｐの値をηの値に変換する２つのＰ／η変
換器１２，１３が設けられている点である。ηが
η＞0.9あるいはη＜0.9のどちらかの領域で固定
されて燃焼されている場合には、選択手段はスイ
ツチ等で構成され、マニユアルにて選択すればよ
いものである。
ただし空燃比ηの値がη＞0.9の領域およびη
＜0.9の領域のいずれにあるか不明のとき、ある
いは燃焼が両方の領域にまたがつて行われるよう
な場合には、ηの値がどちらかの領域にあるかを
判別することが必要となる。本発明は、この領域
判別の機能を有する空燃比検出装置をも提供す
る。
＜0.9の領域のいずれにあるか不明のとき、ある
いは燃焼が両方の領域にまたがつて行われるよう
な場合には、ηの値がどちらかの領域にあるかを
判別することが必要となる。本発明は、この領域
判別の機能を有する空燃比検出装置をも提供す
る。
本発明者が行つた基礎実験によれば、空燃比η
と振動燃焼との間には第４図に示すような一定の
関係があり、また火炎の炎速度と空燃比ηとの間
にも第５図に示すような一定の関係があることを
見出した。
と振動燃焼との間には第４図に示すような一定の
関係があり、また火炎の炎速度と空燃比ηとの間
にも第５図に示すような一定の関係があることを
見出した。
すなわち、振動燃焼特性は第４図に示すように
η＞1.0〜1.1の領域では空燃比が変化してもほと
んど変化しないが、η＜1.0〜1.1の領域では単調
増加している。又炎速度は、第５図に示すように
η＞1.0〜1.1の領域では空燃比が変化してもほと
んど変化しないがη＜1.0〜1.1の領域では単調減
少している。したがつてこの振動燃焼または炎速
度で検出結果を利用してη＞0.9であるかη＜0.9
であるかを判別し、この判別結果に応じて動作す
る選択手段を設けることにより、ηの全領域にわ
たつて自動的なηの測定が可能となる。
η＞1.0〜1.1の領域では空燃比が変化してもほと
んど変化しないが、η＜1.0〜1.1の領域では単調
増加している。又炎速度は、第５図に示すように
η＞1.0〜1.1の領域では空燃比が変化してもほと
んど変化しないがη＜1.0〜1.1の領域では単調減
少している。したがつてこの振動燃焼または炎速
度で検出結果を利用してη＞0.9であるかη＜0.9
であるかを判別し、この判別結果に応じて動作す
る選択手段を設けることにより、ηの全領域にわ
たつて自動的なηの測定が可能となる。
第６図にこのような選択手段の一例を示す。第
１の光電センサ４ａで検出された火炎の輻射光の
光強度を示す信号は、第３図に示したアンプ５、
ハイパスフイルタ６、整流回路７および積分器８
からなる信号処理回路２１に供給され、その出力
であるAC成分の光強度Ｐが選択手段１１の切換
手段２２に供給される。この選択手段１１は、第
２の光電センサ４ｂの出力信号にもとづいて、火
炎の振動燃焼特性または炎速度を検出する信号処
理回路２３と、この信号処理回路２３の出力信号
を空燃比に換算する空燃比換算器２４と、その出
力である空燃比ηを、前期の振動燃焼または炎速
度の検出結果を利用してあらかじめ設定したη＝
0.9と比較するコンパレータ２５とを有し、この
コンパレータ２５の出力で切換手段２２を切換制
御するように構成されている。すなわち切換手段
２２は、信号処理回路２１の出力信号Ｐを、η＜
0.9のときには第１のＰ／η変換器１２に、η＞
0.9のときには第２のＰ／η変換器１３にそれぞ
れ供給するように切換動作を行う。
１の光電センサ４ａで検出された火炎の輻射光の
光強度を示す信号は、第３図に示したアンプ５、
ハイパスフイルタ６、整流回路７および積分器８
からなる信号処理回路２１に供給され、その出力
であるAC成分の光強度Ｐが選択手段１１の切換
手段２２に供給される。この選択手段１１は、第
２の光電センサ４ｂの出力信号にもとづいて、火
炎の振動燃焼特性または炎速度を検出する信号処
理回路２３と、この信号処理回路２３の出力信号
を空燃比に換算する空燃比換算器２４と、その出
力である空燃比ηを、前期の振動燃焼または炎速
度の検出結果を利用してあらかじめ設定したη＝
0.9と比較するコンパレータ２５とを有し、この
コンパレータ２５の出力で切換手段２２を切換制
御するように構成されている。すなわち切換手段
２２は、信号処理回路２１の出力信号Ｐを、η＜
0.9のときには第１のＰ／η変換器１２に、η＞
0.9のときには第２のＰ／η変換器１３にそれぞ
れ供給するように切換動作を行う。
さらに振動燃焼あるいは炎速度の検出値は、η
＜1.0〜1.1の領域では空燃比に正確に対応してい
るので、η＜0.9の領域ではその出力信号を利用
してηの値を演算し、η＞0.9の領域では光強度
のAC成分にもとづいてηの値を演算するように
構成することによつても、ηの値をその全領域に
わたつて自動的に検出することが可能である。こ
のように構成した空燃比検出装置を第７図に示
す。この装置は、第６図に示したものに相当する
光電センサ４ａ、信号処理回路２１およびＰ／η
変換器１３からなる第１の空燃比検出部３１と、
光電センサ４ｂ、信号処理回路２３およびＰ／η
変換器２４からなる第２の空燃比検出部３２とを
有し、各々の出力のいずれか一方だけがアナログ
スイツチ３３または３４を経て出力されるように
なつている。アナログスイツチ３３の制御入力に
は、第２の空燃比検出部３２の出力がη＜0.9の
領域にあるときに出力を出すように基準値を設定
したコンパレータ３５の出力がインバータ３６を
介して供給され、またアナログスイツチ３４の制
御入力にはコンパレータ３５の出力がそのまま供
給される。したがつてη＞0.9の領域ではアナロ
グスイツチ３３を介して第１の空燃比検出部３１
の出力が選択され、η＜0.9の領域では第２の空
燃比検出部３２の出力が選択される。
＜1.0〜1.1の領域では空燃比に正確に対応してい
るので、η＜0.9の領域ではその出力信号を利用
してηの値を演算し、η＞0.9の領域では光強度
のAC成分にもとづいてηの値を演算するように
構成することによつても、ηの値をその全領域に
わたつて自動的に検出することが可能である。こ
のように構成した空燃比検出装置を第７図に示
す。この装置は、第６図に示したものに相当する
光電センサ４ａ、信号処理回路２１およびＰ／η
変換器１３からなる第１の空燃比検出部３１と、
光電センサ４ｂ、信号処理回路２３およびＰ／η
変換器２４からなる第２の空燃比検出部３２とを
有し、各々の出力のいずれか一方だけがアナログ
スイツチ３３または３４を経て出力されるように
なつている。アナログスイツチ３３の制御入力に
は、第２の空燃比検出部３２の出力がη＜0.9の
領域にあるときに出力を出すように基準値を設定
したコンパレータ３５の出力がインバータ３６を
介して供給され、またアナログスイツチ３４の制
御入力にはコンパレータ３５の出力がそのまま供
給される。したがつてη＞0.9の領域ではアナロ
グスイツチ３３を介して第１の空燃比検出部３１
の出力が選択され、η＜0.9の領域では第２の空
燃比検出部３２の出力が選択される。
なお、上記の各実施例では、光電センサは単一
のものとして示したが、第８図に示すように、交
互に配置された複数の光電センサ４−１，４−２
………４−ｎと差動アンプとで構成し空間フイル
タを適用することもできる。
のものとして示したが、第８図に示すように、交
互に配置された複数の光電センサ４−１，４−２
………４−ｎと差動アンプとで構成し空間フイル
タを適用することもできる。
以上のようにこの発明によれば、火炎の輻射光
のAC成分を用いて空燃比を検出するようにした
ので、炉壁からの輻射光の影響を受けることな
く、空燃比を高精度に検出することができるとと
もにジルコニア酸素濃度計のような接触形のセン
サを用いる場合と比較して安定性が高く、寿命も
長い。また火炎の輻射光を検出しているので応答
性が速いという効果もある。
のAC成分を用いて空燃比を検出するようにした
ので、炉壁からの輻射光の影響を受けることな
く、空燃比を高精度に検出することができるとと
もにジルコニア酸素濃度計のような接触形のセン
サを用いる場合と比較して安定性が高く、寿命も
長い。また火炎の輻射光を検出しているので応答
性が速いという効果もある。
第１図は本発明のための基礎実験装置のブロツ
ク図、第２図は第１図の実験装置で得られた輻射
光のAC成分の光強度と空燃比との関係を示すグ
ラフ、第３図は本発明の一実施例による空燃比検
出装置の構成を示すブロツク図、第４図は振動燃
焼と空燃比との関係を示すグラフ、第５図は炎速
度と空燃比との関係を示すグラフ、第６図および
第７図はそれぞれ本発明の他の実施例を示すブロ
ツク図、第８図は本発明に適用可能な空間フイル
タの構成の説明図である。 ４……光電センサ、５……アンプ、６……ハイ
パスフイルタ、７……整流回路、８……積分器、
１１……選択手段、１２，１３……Ｐ／η変換
器、２１……信号処理回路、２２……切換手段、
２３……信号処理回路、２４……空燃比換算器、
２５……コンパレータ、３１，３２……空燃比検
出部、３３，３４……アナログスイツチ、３５…
…コンパレータ、３６……インバータ。
ク図、第２図は第１図の実験装置で得られた輻射
光のAC成分の光強度と空燃比との関係を示すグ
ラフ、第３図は本発明の一実施例による空燃比検
出装置の構成を示すブロツク図、第４図は振動燃
焼と空燃比との関係を示すグラフ、第５図は炎速
度と空燃比との関係を示すグラフ、第６図および
第７図はそれぞれ本発明の他の実施例を示すブロ
ツク図、第８図は本発明に適用可能な空間フイル
タの構成の説明図である。 ４……光電センサ、５……アンプ、６……ハイ
パスフイルタ、７……整流回路、８……積分器、
１１……選択手段、１２，１３……Ｐ／η変換
器、２１……信号処理回路、２２……切換手段、
２３……信号処理回路、２４……空燃比換算器、
２５……コンパレータ、３１，３２……空燃比検
出部、３３，３４……アナログスイツチ、３５…
…コンパレータ、３６……インバータ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 火炎の輻射光をその光強度に対応した電気信
号に変換する光電センサと、この光電センサの出
力信号からAC成分を検出するAC成分検出手段
と、上記火炎の振動燃焼または炎速度に基いて空
燃比を検出する空燃比検出手段と、上記AC成分
が極値をとる空燃比の値以下の領域にあるときの
変換特性を有する第１の変換器と、上記AC成分
が極値をとる空燃比の値以上の領域にあるときの
変換特性を有する第２の変換器と、上記空燃比検
出手段の出力に基づいて上記AC成分検出手段の
出力信号を上記第１および第２の変換器のいずれ
か一方に供給するための切換えを行う選択手段と
を備えた空燃比検出装置。 ２ 上記選択手段は上記火炎の振動燃焼にもとづ
いて空燃比の領域を検出する空燃比領域検出手段
によつて制御される特許請求の範囲第１項記載の
空燃比検出装置。 ３ 上記選択手段は上記火炎の炎速度にもとづい
て空燃比の領域を検出する空燃比領域検出手段に
よつて制御される特許請求の範囲第１項記載の空
燃比検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7014584A JPS60213727A (ja) | 1984-04-10 | 1984-04-10 | 空燃比検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7014584A JPS60213727A (ja) | 1984-04-10 | 1984-04-10 | 空燃比検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60213727A JPS60213727A (ja) | 1985-10-26 |
| JPH0337095B2 true JPH0337095B2 (ja) | 1991-06-04 |
Family
ID=13423112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7014584A Granted JPS60213727A (ja) | 1984-04-10 | 1984-04-10 | 空燃比検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60213727A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8070482B2 (en) * | 2007-06-14 | 2011-12-06 | Universidad de Concepción | Combustion control system of detection and analysis of gas or fuel oil flames using optical devices |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5835323A (ja) * | 1981-08-26 | 1983-03-02 | Ebara Corp | バ−ナの空気比測定装置 |
-
1984
- 1984-04-10 JP JP7014584A patent/JPS60213727A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5835323A (ja) * | 1981-08-26 | 1983-03-02 | Ebara Corp | バ−ナの空気比測定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60213727A (ja) | 1985-10-26 |
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