JPS5819625A

JPS5819625A - 燃焼状態検出方法

Info

Publication number: JPS5819625A
Application number: JP11899281A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Murakami; 伸明村上; Katsuyuki Tanaka; 克之田中
Original assignee: FUIGARO GIKEN KK; Figaro Engineering Inc
Current assignee: FUIGARO GIKEN KK; Figaro Engineering Inc
Priority date: 1981-07-28
Filing date: 1981-07-28
Publication date: 1983-02-04
Also published as: JPS6357695B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は燃焼状態検出方法にかんするもので、金属酸化
物半導体の電気伝導度から不完全燃焼の有無を検出する
とともに、電気伝導度の変化速度から燃焼の有無を検出
することによって、単一の燃焼状態検出素子で不完全燃
焼と燃焼の有無とを検出しうるようにすることを目的と
する。

本発明の原理について説明する。

ＳｎＯ２，ＴｉＯ２，Ｃｏｏ　、　ＭｇＦｅ２０ａ等の
金属酸化物半導体の電気伝導度は、雰囲気ガスの組成と
加熱温度の双方によって変化する。したがって、このよ
うな金属酸化物半導体からなる燃焼状態検出素子を用い
れば、燃焼排ガスの組成から不完全燃焼の有無を、素子
の加熱温度から燃焼の有無の検出、■排ガスの温度が大
きく変化する、■短時間に完了する現象で温度の変化速
度が大きい、２つの特徴が見られる。したがって着火あ
るいは先太の検出には、素子の電気伝導度そのものより
も、その変化速度を用いる必要がある。

この点について、図を用いてさらに説明する。

第１図は、ガスストーブの着火直後の５ｎ０２系素子の
電気伝導度の時間変化について示したものである。

図において、曲線（９）は正常着火時の素子の特性を、
■は着火ミス時の特性を示している。曲線（Ｃ）、ｂは
、各種の変動要因によって、正常着火時の素子の特性が
変化したものを示している。０は、素子を長期間使用し
ていなかった場合に生ずるもので、加熱直後の素子電気
伝導度が異常に大きくなる特性を示している。（５）は
、室温下での素子の電気伝導度が異常に増大していた場
合の特性を示すものである。なお曲線■に、酸素不足で
不完全燃焼が生じる場合の、素子の動作特性を示す。

素子の電気伝導度そのもので着火を検出する場合、検出
の安全性を考えると図の破線■のような検出レベルが必
要となり、着火の確認に５０〜８０秒程度の時間が必要
となる。

しかしながら電気伝導度の変化速度は、曲線囚、（Ｃ）
、（２）と■とでは、より早い時期から異っている。

したがって電気伝導度の変化速度を用いれば、より短期
間で着火を検出できる。

第２図にガスストーブの失火時の素子の特性を示す。素
子には第１図と同じ５ｎ０２系のものを用い、縦軸は素
子の電気伝導度を、横軸はストーブの失火後の時間の経
過を示している。

時刻Ｏにガスストーブが失火すると、素子は、冷却され
て曲線囚の特性を示す。失火後に、燃料ガスを再供給し
たが再着火しない場合、燃料ガスとの接讐による電気伝
導度の増大と放冷による電気伝導度の減少とが組み合わ
されて曲線［Ｆ］）の特性が得られる。失火後直ちに燃
料ガスを再供給し、再着火させると曲線Ｃ）の特性が得
られる。

ところで正常燃焼時における排ガスの温度は、燃料ガス
の組成や圧力の変動、燃料ガスの種類の転換等により、
広い範囲、例えば５００〜８００℃、で変動する。排ガ
スの温度の変動のため、素子の電気伝導度は正常燃焼時
でも破線（至）、に）の間を変動することになる。

正常燃焼時の電気伝導度の変化幅が大きいため、失火の
検出ラインは例えば破線億）のようにとるしかなく、早
期に失火に検出することができない。

しかしながら正常燃焼時の排ガスの温度変動は遅い。こ
れに対して失火時の冷却は速い。したがって、電気伝導
度の変化速度を利用すれば早期に失火を検出できる。

本発明はこのような原理にもとずくものである。

本願の第１の発明は、燃焼状態検出素子の電気伝導度か
ら不完全燃焼を検出するとともに、電気伝導度の変化速
度から燃焼の有無を検出するようにしたものである。

本願の第２の発明は、燃焼状態検出素子の電気伝導度か
ら不完全燃焼を検出するとともに、電気伝導度の比変化
速度から燃焼の有無を検出するようにしたものである。

ここに燃焼状態検出素子としては、雰囲気ガスと加熱温
度の双方によって電気伝導度が変化する金属酸化物半導
体、例えば５ｎ０２　、　ＴｉＯ２。

ＭｇＦｅ２Ｏ４、Ｃｏｏ　、　　からなるものを用いれ
ばよい。

また燃焼排ガスとしては、不完全燃焼によって組成が変
化するものであればよく、燃焼室内のガスのように燃焼
を完了していないガスをも用いることができる。

電気伝導にの比変化速度とは、電気伝導度の変化速度を
電気伝導度でわったものを意味する。

本願の第２の発明で、電気伝導度の比変化速度を用いる
のは、次の理由による。素子の電気伝導度σは、絶対温
度Ｔに対して近似的にと与えられる。ここにｋはボルツマン定数、Ｅは素子に
よって定まる定数である。このため電気伝導度の変化速
度はによって与えられる。

ところで、着火あるいは失火の検出において、検出対象
は素子の温度変化であって、電気伝導度ではない。にも
かかわらず電気伝導度の変化速度は、電気伝導度自体に
も比例する。このため高温で電気伝導度が高い場合には
変化速度も大きく、低温では変化速度も小さくなる。そ
の結果着火の直後や、失火後かなり素子が冷却された時
点では、小さな検出信号しか得られない。本願の第２の
発明は、比変化速度を用いることにより、第１の発明を
改良したものである。

以下に本発明の各実施例を図面にもとずいて説明する。

第３図は本願の第１の発明の実施例を示すもので、（１
）は燃焼状態検出素子の駆動回路を示し、電源（２）、
燃焼状態検出素子（３）および負荷抵抗（４）からなる
。素子（３）の電気伝導度は、負荷抵抗（４）の両端間
電圧として検出され、不完全燃焼検出回路αηおよび微
分回路ＱＤへと入力される。

不完全燃焼検出回路αＢでは、素子（３）の電気伝導度
から不完全燃焼を検出し、リレー（ハ）により、制御回
路Ｃ１１）のＮＯ接点（１２ａ）を動作させて、燃料供
給用電磁弁（イ）を制御する。

微分回路ＱＤでは、演算増幅器（イ）の出力端子（２２
ａ）を介してコンデンサ（至）および抵抗（財）により
、素子（３）の電気伝導度を微分する。ついでコンデン
サ（ハ）および抵抗翰により、素子（３）の電気伝導度
のゆらぎを除去し、Ｐ点から比較回路０ηへ素子（３）
の電気伝導度の変化速度を電圧信号として入力する。

比較回路Ｑｌ）では、素子（３）の電気伝導度の変化速
度ヲ、コンパレータ（イ）により検出し、着火と失火と
を検出する。抵抗（財）、−゛、に）、（ト）、Ｏ′ｉ
）により、コンパレータ（イ）の比較電位を着火時と失
火時とで変化サセ、１つのコンパレータ（６）で着火と
失火の双方を検出できるようにする。またコンデンサ（
ハ）により、着火直後のコンパレータ（６）の比較電位
を高くし、素子（３）の特性のゆらぎの影響を防止する
。コンパレータ（６）の出力は、２つのトランジスタ６
呻および関を介して、リレー（５１）へ伝えられ、電磁
弁（至）を制御すする。

（６１）は遅延回路で、比較回路θ℃で着火を確認する
までの間、電磁弁（至）を開いておくためのもので、コ
ンデンサ（６２）と抵抗（６８）からなるタイマー　と
リレー（へ）からなる。

燃焼状態の検出はつぎのようにして行われる。

不完全燃焼が生じると、素子（３）の電気伝導度は著し
く変化する。この変化は不完全燃焼検出回路αηにより
検出され、電磁弁に）を閉じることにより、不完全燃焼
が防止される。着火の直後には素子（３）の温度は急速
に上昇し、これによってその電気伝導度も急速に増大す
る。比較回路θカにより着火直後の電気伝導度の変化速
度を検出して、着火を確認しリレー０を動作させる。着
火が確認されるまでの間は、遅延回路（９）により、常
に電磁弁（４）が開いているようにする。着火が確認さ
れない場合には、遅延回路（翰の動作の終了とともに電
磁弁（（９）が閉じ、生ガスの放出を防止する。着火の
確認とともに、コンパレータ（６）の比較電位が変化し
、コンパレータ（６）は失火の確認用に用いられる。

失火に伴う素子（３）の電気伝導度の急速な減少は、比
較回路０◇により検出され、生ガスの放出が防止される
。

第４図は、本願の第２の発明の実施例に用いる除算回路
（７１）の−例を示すものである。

この除算回路（７０は、素子（３）の電気伝導度の比変
化速度を求めるためのもので、第３図の微分回路Ｑ′Ｄ
と比較回路（４１）の間に接続する。図において（？２
１はマルテイプライアで、例えばモトローラ社製のＭＣ
１４９ＬＬを用いる。この除算回路（７１）の入力端子
（７３）を微分回路（６）のＰ点へ、入力端子（７４）
を演算増幅器（イ）の出力端（２２ａ）へ接続するとと
もに、出力端子（５）を比較回路θカのコンパレータθ
のに接続して、素子（３）の電気伝導度の比変化速度を
比較回路へ伝える。

このようにして、素子（３）の電気伝導度の比変化速度
によって、着火および失火を検出するようにする。なお
この実施例では、素子（３）の駆動回路（１）、不完全
燃焼検出回路α９、微分回路ｅｔ＋、比較回路０１）、
遅延回路（６１）および制御回路ｃｌカには第３図のも
のと同一のものを用いればよく、説明を省略する。

また回路の簡略化のため、第４図の除算回路（７１）を
用いず、比較回路Ｏηの抵抗的およびコンデンサ幅や（
イ）の出力端子（至）に接続し、近似的に電気伝導度の
比変化速度を求めるようにしてもよい。

以上に説明したように、本発明では電気伝導度に代えて
その変化速度、あるいは比変化速度を用いるので、燃焼
の有無を確実にかつ早期に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はガスストーブの着火時の燃焼状態検出素子の電
気伝導度の変化を、第２図は失火時の電気伝導度の変化
を示すものである。第８図は本願の第１の発明に用いる検出回路の一例を、
第４図は本願の第２の発明に用いる除算回路の一例を示
すものである。（１）・・・駆動回路、（３）・・・燃焼状態検出素子、 α９・・・不完全燃焼検出回路、Ｑｌ）・・・微分回路、（イ）・・・演算増幅器、（２２ω・・・演算増幅器（財）の出力端子、（ハ）・
・・コンデンサ、　　　（ハ）・・・抵抗、ｃｌカ・・
・制御回路、（２）・・・燃料供給用電磁弁、 θη・・・比較回路、（ハ）・・・コンパレータ、（６１）・・・遅延回路、仇）・・・除算回路。特許出願人　　フイガロ技研株式会社代表者　千　葉　　　瑛第３図３２第４図

Claims

【特許請求の範囲】１、（１）　　ガスおよび加熱温度によって電気伝導度
が変化する金属酸化物半導体からなる燃焼状態検出素子
を、燃焼機器の燃焼排ガスに接触させ、（２）燃焼状態
検出素子の電気伝導度により不完全燃焼を検出するとと
もに、（３）燃焼状態検出素子の電気伝導度の変化速度から、
燃焼の有無を検出することを特徴とする燃焼状態検出方
法。２、（１）　　ガスおよび加熱温度によって電気伝導度
が変化する金属酸化物半導体からなる燃焼状態検出素子
を、燃焼機器の燃焼排ガスに接触させ、（２）燃焼状態
検出素子の電気伝導度により不完全燃焼の有無を検出す
るとともに（３）燃焼状態検出素子の電気伝導度の比変化速度から
、燃焼の有無を検出することを特徴とする燃焼状態検出
方法。