JPS6214050B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、石油，ガス等の燃焼機器の制御装置
に関し、さらに詳しく言えば、燃焼機器の燃焼状
態を制御し、快適性，安全性，クリーン性を向上
させるための燃焼状態の制御装置に関するもので
ある。

従来の技術 第１図は、従来の強制吸排気式石油温風暖房機
の概略構成図、第２図はその制御回路図である。

第１図において、１は温風機のケースであり、
吸排気ユニツト２，バーナユニツト３，燃焼筒
４，熱交換器５，オイルタンク６，制御装置７等
を収納している。燃焼空気は、バーナモータ８に
より回転されるフアン９，１０により吸気筒１１
から吸気される。燃料（灯油）は、オイルタンク
６よりパルスポンプ１１によつてくみあげられ、
給油量１２により、回転板１３に供給され霧化さ
れる。気化筒１４には、内部シーズヒータ１５が
埋め込まれており気化筒は、灯油気化に十分な温
度に予熱される。したがつて、回転板１３により
霧化された灯油は、気化筒１４により気化され、
フアン９，１０により供給される空気と混合し、
バーナヘツド１６より、燃焼筒４におくられる。
バーナヘツド１６の出口側には、点火電極１７が
設けられ、ここで点火される。

燃焼ガスは燃焼筒４から熱交換器５を通り、排
気筒１８より屋外に排気される。２０は、燃焼検
知用電極（フレームロード）であり、火炎の有無
によるイオン電流により、着火・失火検知を行う
ためのものである。２１は、バーナサーモスイツ
チであり気化ヒータ１５への通電制御を行なうも
のである。２２は、熱交換器５の温度が所定の温
度に達すれば対流フアン２３を駆動し、室内空気
を対流させるためのスイツチである。この温風機
の制御装置７は、第２図に示した制御回路により
構成される。

第２図において、２４，２５は、商用電源端子
である。運転スイツチ２６を投入すると、運転ラ
ンプ２７が点灯し、気化ヒータ１５が通電され
る。気化筒１４の温度が所定の温度に上昇すると
バーナサーモスイツチ２１が作動し、接点は２１
ａから２１ｂに切りかわる。そして、リレー２８
が励磁されその接点２８ａが閉じ、リレー２８は
自己保持する。同時に、電源トランス２９は通電
される。室の温度（又は吸込空気温度）は負荷温
度検知器（サーミスタ）３０により検知され、暖
房すべき温度であつたとき、電子制御部は、リレ
ー接点３２を閉じ、バーナモータ８は通電されプ
リバージが開始される。一定時間のプリバージ後
リレー接点３３、閉じられ、パルスポンプ１１の
駆動回路３６，点火装置３７が通電され動作開始
する。燃焼検知電極２０により着火が確認される
と、リレー接点３４は開となり、点火装置３７へ
の通電は停止される。室温（負荷温度）が上昇
し、設定された温度に達すると、リレー接点３
２，３３は開となり、燃焼は停止する。再び室温
が低下すると、前述と同様の点火・燃焼シーケン
スを実行するものである。なお、３８，３９，３
５は、それぞれ、電流ヒユーズ，温度ヒユーズ，
震動消火スイツチである。

発明が解決しようとする問題点 このように従来の技術では、燃焼状態を良好に
保つために、燃焼空気量と灯油供給量を一定の割
合（空燃比）に保つよう各々の構成部品、特にパ
ルスポンプ１１とその駆動回路３６のバラツキや
温度特性などの環境特性を十分に管理することが
必要となつていた。

一般に、温風機の燃焼量は、3000〜
6000Kcal／ｈ程度であり、これに相当する灯油
量は、６〜12c.c.／分程度ときわめて少量であるた
めにこの少量の灯油を、安定に供給するポンプ
を、バラツキを少なく製造することは著しく困難
であつた。したがつて従来は、パルスポンプの灯
油供給量の調整を必要とし、かつ、その駆動回路
も安定であることが必要であるから、調整・エー
ジング等を必要とした。このようにきわめて面倒
な生産工程を通して製造したポンプでも、1500〜
2000Kcal／ｈ程度の微少量の灯油供給になる
と、一層不安定となり、低発熱量で動作すること
のできる温風機の実現をきわめて困難なものにし
ていた。

また、前述の如く、調整エージング工程を通つ
て製造されたポンプを使用しても、周囲温度など
の環境変化により、灯油の温度，空気の密度が変
化するため、燃焼状態（空燃比）を好ましい状態
に保つことは極めて困難であつた。

発明の構成 本発明は、上記従来の問題点を解決するために
以下に述べる構成より成る。

すなわち、バーナ，熱交換器，燃焼空気調節手
段，燃料供給量調節手段等を有し、水又は空気等
の負荷温度を検知する負荷温度検知器の信号によ
り燃焼量を制御する構成の燃焼装置において、バ
ーナの燃焼状態を検知する燃焼状態検知手段と燃
焼状態の基準となる信号を複数個発生する燃焼状
態基準信号発生器とを備え、これらの差信号によ
り燃焼空気調節手段又は燃料供給量調節手段を制
御して空燃比の制御を行い、燃焼状態を一定に保
つよう制御する構成とすると共に、燃焼空気調節
手段又は燃料供給量調節手段の作動時に生じる空
燃比変化に対する燃焼状態検知信号の傾きを検知
する燃焼状態検知信号傾き検知手段を備え、か
つ、この信号に基づき、傾きが所定極性の時所定
の操作量で空燃比制御を行う手段と、反対極性の
とき、操作量を一定割合大きくして傾きを所定極
性とし、空燃比制御を行う手段とを有する主制御
部とを備える構成としたものである。

発明の作用 上記構成により本発明は、燃焼機の燃焼状態を
広い燃焼量範囲で、安定かつ確実に検知し、常に
良好な燃焼状態を維持せしめるものである。

一般に、空燃比に対する燃焼状態検知信号の大
きさは２次曲線様になるので、特に広範囲な燃焼
量制御を行いながら燃焼状態の制御を行つた場
合、空燃比に対する燃焼状態検知信号の傾きの極
性を知ることが必要であり、これによつて、確実
に所定の空燃比に制御し、広範囲な燃焼量下にお
いても良好な燃焼状態を維持せしめるものであ
る。

実施例 第３図は、本発明の一実施例を示すブロツク図
であつて、本発明の燃焼制御装置の制御システム
を示すものである。

図において、は暖房空間を示すものであり、
温風機１内の対流フアン２３により、室内の空気
は対流され、燃焼部４′，熱交換器５により熱交
換される。灯油は、ポンプ１１により、給油管１
２を経て、また燃焼空気は、吸気筒１１より、吸
排気ユニツト２によつて、燃焼部４′のバーナ
（図示せず）に、供給される。

本発明の制御装置は、暖房空間の温度を検知す
る負荷温度検知器３０により検知された温度によ
り燃焼量を制御し、常に快適な暖房状態を維持す
るものである。主制御部は、負荷温度設定器４
０（可変抵抗器など）によつて任意に設定される
基準信号発生器４１の信号と、負荷温度検知器３
０（サーミスタなど）よりの信号との差信号ΔＴ
（室温と設定温度との差）を、比較器４２により
デコードする。すなわち、主制御部は、比較器
４２の基準信号発生器４３を変化させ、ΔＴの大
きさをデコードし、ΔＴの大きさにより、燃焼量
ｑを定める制御方式を実行するものである。

具体的には、主制御部は、比較器４２の基準
信号４３を、所定の巾で複数段階に変化させ、そ
れぞれの段階における比較器出力（HiやＬ）に
より、ΔＴの大きさをデコードするものである。
すなわち、第４図に示すように、基準信号発生器
４３の出力は、J₀〜J₆の７レベルの基準信号を発
生せしめ、デコードする。デコード結果に基づ
き、q₀〜q₆の７レベルの燃焼量のいずれか又は、
燃焼停止（オフ）を実行せしめるものである。次
に燃焼量ｑをq₀〜q₆の７レベルに制御する方法に
ついて述べる。

主制御部は、ΔＴのデコード結果により、燃
焼すべき燃焼量q₀〜q₆が決まると、まず燃焼空気
量Ｑを燃焼量レベルq₀〜q₆に対応するレベルQ₀
〜Q₆になるように吸排気ユニツト２の空気吸込
側に設けられたダンパ装置４４の開度を定める。
一方燃焼供給量ｑは、パルスポンプ１１のパルス
巾PW、周波数により定まるわけであるが、燃
焼部４′に設けた燃焼状態検知器FR（フレームロ
ツド）２０の信号により、前記パルスポンプ１１
のPW，およびは、負帰制御される。

FRの炎電流Ｉは、Q₀〜Q₆の燃焼空気量に対
して第６図に示すように、空燃比μと一定の相関
関係を有している。したがつて、ダンパ装置４４
によりQ₀〜Q₆の空気量のいずれかに制御される
と、主制御部は、各々の燃焼量に応じて最も適
した燃焼状態すなわち、空燃比μ_０〜μ_６となる
ように、パルスポンプ１１の，又はPWを制御
するものである。FR２０から信号と、主制御部
より指定された基準信号レベルを発生する燃焼
状態基準信号発生器４５の信号との差信号は比較
器４６により比較される。

比較器４６の基準信号は、やはり主制御部に
より変化される基準信号発生器４７より供給され
る。すなわち、FR２０からの燃焼状態検知信号
は、主制御部により指定された各々の燃焼量レ
ベルに応じた燃焼状態基準信号を発生する基準信
号発生器４５からの基準信号との差の大きさを判
定されるわけである。すなわち、第６図における
Ｉ₀〜Ｉ₆に対応する基準信号が基準信号発生
器４５より発生されるわけであり、主制御部
は、Ｉ₀〜Ｉ₆にFR２０の信号が一致するよ
う、パルスポンプ１１のPW又はをポンプ１１
のPW又はを変化させる。この時、基準信号発
生器４５の発生する基準信号とFR２０よりの検
知信号の差のレベル（大きさ）により、主制御部
は、パルスポンプの動作周波数，パルス巾
PWの変化分Δ、又はΔPWの大きさ（操作
量）を決定する。すなわち、検知されたＩと、
基準信号との差が大きいとき、Δ又はΔPWを
大きく変化させ、前記差が小さいときΔ・Δ
PWを小さく変化せしめるのである。

また、主制御部は、Δ，又はΔPWの変化
をさせたとき、同時に定められた一定の時間をカ
ウントするタイマーを起動し、一定時間のタイマ
ーをカウントアツプするまで、次の燃焼状態検知
およびパルスポンプの動作周波数，又はパルス巾
の変化をさせないようにしている。これは、パル
スポンプ１１の動作変化が燃焼結果に現れるまで
のおくれ、および燃焼状態検知回路の検知遅れに
基づく、負帰還制御系の発振現象を防止せしめる
ためである。

また、同時に主制御部は、スイツチ４８を操
作して、ホールド回路４９に燃焼状態検知信号を
ホールし、その後、パルスポンプの又はPWを
変化させている。そして、前記の一定時間のタイ
マーがカウントアツプしたとき、ホールドされて
いる前の信号と、Δ，又はΔPWの操作後のFR
２０よりの信号との差信号を比較器５０により、
基準信号発生器５１の信号と比較している。これ
は、パルスポンプの又はPWをΔ又はΔPW
変化させた結果、燃焼状態検知信号Ｉが増加し
たかを判定するものであつて、その必要理由は、
第６図より明らかである。第６図において、空燃
比μに対する燃焼状態検知信号Ｉの変化は、図
のように、上に凸の曲線となる。今、空燃比μを
μ６に制御する場合を考えると、ＩがＩ₆に
なるようパルスポンプの操作量Δ又はΔPWが
制御され、いわゆる負帰還制御によりμはμ６に
調節される。ところが何らかの原因でμ＝μ６′
になつた時、すなわちμに対するＩの傾きが所
定の極性と反対になつた時もＩ＝Ｉ₆とな
り、しかもそのμに対する傾きが反対である。し
たがつて、前述した負帰還制御アルゴリズムのま
までは動作点はＱ＝Q₆上を図の右方向（μが小
さくなる方向）に移動しつづけ、いわゆる暴走を
生じてしまう。そこで、これを防止するためにＩ
の傾きが所定と反対の極性になつたと判定した
時は、通常の負帰還制御時における操作量ΔＴよ
り大きいパルス幅だけ減少させるようにしたもの
である。この結果としてＱ＝Q₆上の動作点を移
動させ、所定の傾きの領域にもどすことができる
のである。すなわち第６図においてμ≒μ６′で
ある場合、傾きが所定値でないこと、および、本
来のμの値μ６とのμ軸上での距離とを判定する
ことができるから、この結果に基づいて、パルス
ポンプ１１のパルス幅PWを減少してμを大きく
し、μ≒μ６の位置にもどしＩの傾きを所定の
傾きとするのである。この場合の操作量（Δ
PW）は、Ｑの大きさに応じて、すなわち、Ｑ＝
Q₀〜Q₆に応じてあらかじめ定めておけばよい。
このようにすることによつて、所定の傾きで、し
かも所定のＩ値になるように燃焼状態を制御す
ることができる。

一般に、本発明の実施例のような炎のイオン電
流にしろ、火炎温度にしろ、空燃比μと、その燃
焼状態検知信号（Ｉ）との関係は、第６図のよ
うに上に凸の曲線となる。

したがつて、安定にしかも確実に、定められた
空燃比に制御するためには、μに対するＩの傾
き（燃焼状態検知信号の傾き）を検知すること
が、必要であり、本発明は、これを実現せしめる
ものである。

このようにして、本発明の第３図に示した制御
システムにより、Q₀〜Q₆に相当するＩ₀〜Ｉ
_６になるようパルスポンプ１１の又はPWは、制
るため、空燃比μはμ_０〜μ_６に、安定にしかも
確実に保たれる。したがつて、Q₀〜Q₆なる燃焼
空気量が、ダンパ装置４４により定められること
により、実質的に、q₀〜q₆なる燃焼量が実現され
るわけである。

このような、燃焼量制御結果・空燃比制御結果
の様子は、第７図に示される。

すなわち、Q₀〜Q₆の空気量に対し、排ガス中
のCO₂％一定となるFR２０の信号Ｉを測定す
ると第７図のようになり、主制御部は、第７図
中で示した制御線にそつて、Ｉ₀〜Ｉ₆にな
るよう空燃比制御を実行する。

CO₂＝13％以上の領域ではCOの発生する可能
性が高く、CO₂＝９％以下では、自燃焼域を逸脱
し気化ヒータの通電を必要としてしまう。ところ
が本発明を実施することにより、図の制御線の
ように制御されるため、きわめて良好で、安定か
つクリーンな燃焼を維持することができる。

第５図は、本発明を実施した温風機による室温
Troomの制御状態を示すもので、外気温度など
の暖房負荷Ｌの変化に対し、Troomがどのよう
に制御されるかを示している。

温度設定器によりＴ_Sが設定されると燃焼量ｑ
は、暖房負荷の大きさに応じて、q₀〜q₆まで変化
し、暖房負荷Ｌが、L₁＜Ｌ＜L₂のとき室温変動
をΔT₁以内に制御する。Ｌ＜L₁のときは、ΔT₂
の温度巾でL₀―OFF制御し、過小暖房負荷に対
しても対応できるようになつている。

したがつて、極めて小さいΔT₁＋ΔT₂の温度
変動以下に室温変動が制御されるため、快適な室
温状態が維持されると共に、無駄なエネルギーの
防止が実現できる。

次に温風機の着火時の動作について説明する。

着火時は、室温と設定温度の差ΔＴに関係な
く、風量Ｑは、最小風量Q₀に設定され、パルス
ポンプの動作周波数，パルス巾PWは、燃焼量
ｑがQ₀に相当するq₀より大きめの値q₂又はq₃程
度に設定される。これは、パルスポンプのバラツ
キが大きいため、平均的にq₀なる燃焼量に相当す
る灯油量を供給するようなとPWでは、すべて
のパルスポンプがq₀を供給し得ないこと、およ
び、点火時は燃料過多気味の方が着火しやすいこ
とが理由である。したがつて、どの程度のバラツ
キのポンプを使用するかによつては第６図におい
て、着火時は、μが小さくなりすぎ、灯油供給量
燃焼状態検知信号の傾きが反転した領域に陥りや
すい。

このとき図より明らかなように、Ｑが小さい方
が曲線がシヤープになつており、燃焼状態検知信
号の傾きは、Ｑが小さい程早く検知することがで
きる。

したがつて、着火動作という不安定な過渡時の
燃焼状態においては、Ｉのμに対する変化の大
きい空気量，すなわち、最小空気量で着火動作す
る方が、空燃比制御安定化のスピードが早くな
り、不安定燃焼状態から脱出（安定状態への収
束）が早くなる。また、当然のことながら、着火
時発生しやすい、CO等の有毒ガスの総合量も少
なくなる。

以上のように、第３図に示した主制御部は、
種々の演算処理・記憶・判断・タイマー機能等を
必要とするため、４〜８ビツトレベルのマイクロ
コンピユータが適している。

第８図は本発明の一実施例を示す温風機の断面
図である。図において、第１図と同符号は相当物
である。４４は、吸排気ユニツト２の吸込側に設
けられたダンパ装置であり、吸気筒１１より吸込
まれる空気量を、前述の毎き各燃焼量レベルq₀〜
q₆に相当する風量Q₀〜Q₆に制御するためのダン
パ５２，ダンパ５２の開度を変更するための駆動
用モータ５３より成つている。燃焼制御装置７
は、前述の如くその制御内容の点から、マイクロ
コンピユータを主体としたものが適している。こ
のため、前記ダンパ５２を駆動するモータ５３
は、パルスモータが適している。それはパルスモ
ータが、デジタル駆動に適していること，回転角
は比較的正確であり、本発明のごとく、ダンパの
回転角度により燃焼空気量Ｑを定めるような制御
方式の場合、全回転範囲の位置検知なしで回転角
を決定できる（出力パルス数を記憶することによ
る）ため、一層有利である。

燃焼状態検知器FR２０は、図のように炎の流
れに対し、直角成分と平行成分を有する形状をし
ており、燃焼量ｑを大きく変化させることによる
火炎長さの変動に対応している。すなわち、この
ように構成したFRにより、火炎長さの変動があ
つても、燃焼状態を十分検知することができる。
なお、５４はフロートスイツチであり、灯油の有
無を検知するものである。また、５８は気化筒温
度検知用の高温サーミスタである。

第９図は、第８図の温風機の制御回路図であ
る。図において、第２図と同符号は相当物であ
る。５５は、制御信号入力部であり、運転スイツ
チや、点火タイマー５６の制御接点などである。
５７は室温を検出する負荷温度検知器（サーミス
タ）であり、室温信号が主制御部に入力され
る。５８は、気化筒の温度を検知する高温サーミ
スタであり、予熱完了信号が入力される。５９
は、燃焼状態検知器であり炎電流の大きさを検出
し、主制御部に入力するものである。６０は、
前記炎電流の空燃比変化に対する傾きを検知する
燃焼状態検知信号傾き検知器であり、主制御部
に対して、前記燃焼状態検知信号傾きの情報を入
力する。６１は、感震装置，過熱防止装置オイル
フロートスイツチなどの異常検知器群であり、異
常信号を主制御部に入力するものである。ま
た、６２は、発光ダイオードなどの表示手段であ
る。制御入力部５５より、運転開始信号が主制御
部に供給されると、主制御部は表示部６２に
より運転状態であることを表示し、サーミスタ５
７の信号により、燃焼すべき温度であると判定す
ると、リレー接点６３ａを閉じ、気化ヒータ１５
に通電し気化予熱を開始する。高温サーミスタ５
８により気化筒が所定の温度に上昇したことが、
検知されると、パルスモータ５３が駆動されダン
パ５２は最大開度にされ、次にリレー接点６４ａ
が閉じ、バーナモータ８が回転しプリパージが開
始する。プリパージ（10秒前後）が終了すると、
主制御部はダンパを最小開度に設定し、リレー
接点６３ａを開き、ヒータ１５への通電を停止す
ると同時に、リレー接点６５ａを閉じ点火器４７
を動作させる。約１秒前後のプリイグニシヨン時
間の後、主制御器はフオトカブラ６６にポンプ
駆動パルス信号を与える。パルスポンプ１１の駆
動回路は、ダイオードブリツジ６７，電流制限抵
抗６８，コンデンサ６９より成る高圧電源回路，
ドロツパ抵抗器７０，ゼナダイオード７１より成
る低圧電源回路，オペレーシヨナルアンプ７２，
パワートランジスタ７３，抵抗器７４，７５，７
６，７７より成る定電流回路，トランジスタ７
８，抵抗器７９，８０，８１より成るパルス信号
増巾反転回路より成り、主制御部の出力パルス
により、トランジスタ７３は、パルスポンプ１１
を定電流パルス駆動するものである。パルスポン
プは、所定のパルス巾PW，と周波数にて、駆
動され燃焼が開始する。

主制御部は、着火検知が完了すると、一定の
時間のタイマーを起動し、前記タイマーがタイム
アツプ後、空燃比信号（燃焼状態検知信号）Ｉ
をデコードし、所定のレベルであるかどうかを判
定する。

前記タイマーは、空燃比の負帰還制御系におけ
る燃焼状態検知回路の検知遅れなどの遅れ要素に
対する位相補償的役割を果たすものである。も
し、検知されたＩが所定のＩ値に等しくない
ときは、そのＩと基準値Ｉ_Sとの差をデコー
ドし、その差の大きさに基づいて、操作すべきパ
ルスポンプの周波数又はパルス巾の変化分Δ又
はΔＴの大きさを決定し、現在検知されたＩを
Ｉの傾き検知回路６０により検知すべくホール
ドする。そして、前記のΔ又はΔＴだけのパル
スポンプの又はPWの変更を実施する。又は
PWの変化後は、前述と同様の理由により一定時
間のタイマーの起動を行ない、前記タイマーがカ
ウントアツプ後、Ｉの判定およびＩの傾きの
判定を実行する。

この結果、もしＩの傾きが適当でないことが
判定されると、パルスポンプのパルス巾PWを，
測定されたＩの大きさに基づいて、通常の空燃
比制御時のパルス巾修正量ΔＴより、大きいパル
ス巾だけ、減少させるものである。このようにす
ることによつて、Ｉの傾きが適正でない領域か
ら早く脱出し、正常な空燃比制御を実行すること
ができるわけである。Ｉの傾きが適正でない領
域では、COの発生が著しく、少しでも早く、そ
の状態から脱出することが必要であるからであ
る。以上のような空燃比制御を、Ｉ信号に基づ
き実行することにより、ダンパ開度によつて空気
量Ｑを決定すれば、燃焼量ｑが決定することにな
る。ダンパ開度最小の空気量Q₀での空燃比制御
を前述の如くに実行し、空燃比が所定の目標値に
達すると、主制御部は、サーミスタ５７の信号
に基づき燃焼量を大きくすべきときはダンパ開度
を変更し、Q₁に相当する（Q₁＞Q₀）開度にする。
ダンパ開度をパルスモータにより変更するには、
ダンパを回転するのに時間がかかる（１秒程度）
ため、ダンパ開度変更後に、パルスポンプのパル
ス巾PW，周波数をQ₁に相当する値に切りかえ
るようにすると燃焼状態が乱れてしまうため、炎
の吹きとびや、COの発生の可能性がある。そこ
で本発明では、第１１図に示すように、ダンパの
１燃焼レベル変更の回転角（Q₀に相当する開度
から、Q₁に相当する開度までの回転角）を数段
階に細分割し、細分割した１段階だけ回転角が変
化したとき、パルスポンプの周波数を定められ
た値Δだけ変化させるようにしている。このよ
うにすることにより、燃焼量の切りかえはきわめ
てスムーズになり、安定な燃焼状態を維持するこ
とができる。

ダンパ開度がQ₁に相当するところまで回転す
るとQ₁相当の空気量に適した，PWに切りかえ
てパルスポンプを駆動し、その状態でQ₁の空気
量での空燃比制御を実行する。以後の動作につい
ては前述と同様であり、各風量レベルの空燃比制
御を実行しつつ、室温検知信号に応じて、風量Ｑ
を制御し、室温を所定の設定値に保つものであ
る。２２は、フアンサーモスイツチであり、燃焼
開始後一定の温度まで熱交換器の温度が上昇する
と閉じられる。フアンサーモ２２に直列に接続さ
れたマイクロスイツチ８２，８３により対流フア
ン２３は、その回転速度が切りかわるようになつ
ている。前記マイクロスイツチ８２，８３は、前
記ダンパ５２を回転させるためのパルスモータ５
３の出力により動作される。

すなわち、パルスモータ５３の出力軸の回転角
は、ダンパ５２の開度を決定するから、実質的に
燃焼量ｑを定めることになる。従つて、この出力
軸の回転角度に応じて、対流フアンのスピードを
制御するよう構成すれば、燃焼量変化に応じて、
熱交換器に送風される風量は変化され、吹出温風
温度の安定化・熱交換率の安定化を実現でき、結
露などの不都合を防止すると共に、快適性の確保
（吹出温風温度の極端な変化の防止）が、きわめ
て簡単で安価な構成により、実現できるものであ
る。

本実施例では、モータ出力軸により駆動される
簡単なカム機構により、マイクロスイツチ８２，
８３を動作させフアン２３の強，中，弱の３段切
替を実現しているが、ダンパ出力軸により、可変
抵抗器等を駆動し、フアンモータの回転数制御の
設定値を連続的に変化させるようにすれば、より
一層すぐれた暖房効果：機器性能を得られる。

なお、点火器３７は、主制御部が着火を検知
すると、１〜２秒のポストイグニシヨンタイムの
後、リレー接点６５ａを開にすることにより、動
作停止される。

また、気化ヒータ１５は、プリパージタイムを
終了後、通電停止されていたが、着火検知信号が
入力されたとき、通電を停止するようにした方
が、良い場合が多い。なぜならば、気化筒温度は
燃焼中は、空燃比が望ましい値に制御されておれ
ば燃焼熱の回収により、自然に灯油気化に必要な
所定の高温に保つことができるが、着火までに気
化ヒータ１５への通電を停止すると、気化筒温度
が低下し着火性能が低下するからである。

第１０図は、第９図に示した本発明実施例の主
制御部のさらに詳細な回路図である。

第１０図において、第９図と同符号は、相当物
である。主制御部は、前述のごとくその制御機
能の点から、マイクロコンピユータ（以下、μＰ
という）８４を中心とした構成になつている。μ
Ｐ８４は、４ビツトマイクロコンピユータでは、
比較的高速度なものであることが必要であり、そ
の命令実行サイクルが、３μＳ程度である富士通
〓製のマイクロコンピユータMB8840シリーズを
用いた実施例である。μＰのアーキテクチア構造
の説明は省略するが、いわゆるROM，RAプログ
ラムカウンタ，ALU，種々のレジスタ，PLAな
どを備えたものである。

制御入力部５５は、運転スイツチ８５，自動
（タイマー運転）手動切換スイツチ８６，タイマ
ーモータ５６の接点８７などより成つている。運
転スイツチ８５は、μＰ８４の電源をオフする構
成になつている。これは、安全性確保のためであ
る。

また、電源トランス２９の２次巻線から、ダイ
オードブリツジ８８，コンデンサ８９，レギレー
タ９０，９１，ダイオード９２，コンデンサ９３
により、E₁〜E₄の電源が形成されているが、運
転スイツチにより、μＰ８４の電源E₃のみを切
るようにしているのは、運転停止（運転スイツチ
オフ）時に他の電源E₂を使用可とするためであ
る。すなわち、本実施例で用いているモータ式プ
ログラムタイマーと任意に交換して、デジタル表
示式プログラムタイマーを使用できるようにする
ためである。

前記、モータ式プログラムタイマーは、接点８
６を閉じると、第９図における接点８６′が閉
じ、タイマーモータ５６が動作開始すると共に、
任意にプログラムされた時間帯だけ接点８７が閉
じ、温風機が動作する。また、インバータバツフ
ア９２により、自動運転表示LED９３が点灯す
る。μＰ８４は、運転スイツチ８５閉になり自
動／手動切替スイツチ８６が自動（閉）になつて
いるとき、IRQ入力により自動運転であると判定
し接点の開又は閉のIRQ入力信号により、運転停
止又は運転開始する。μＰ８４は、出力R₀を一
定の周期でHi／L₀、R₀がHiのとき、IRQ入力端
子に切替スイツチ８６の開閉入力信号を入力し、
R₀がL₀のとき、インバータ９１により、接点８
７の開閉入力信号を入力するものであり、R₀
は、いわゆるスキヤン出力である。

前記制御入力信号（運転スイツチ，プログラム
タイマー接点，自動／手動切替スイツチ）により
運転命令が入力されると、μＰ８４は、サーミス
タ９６と抵抗器９７より成る室温検知回路よりの
室温信号をO₀〜O₃の４ビツト出力端子を用いて
デコードする。温度設定器９８と抵抗器９９〜１
０１より成る基準信号発生器と前記室温検知信号
は、コンパレータ１０２により比較され、その
Hi／L₀出力は、μＰ入力R₉に入力される。O₀〜
O₃ボートに接続された抵抗器１０３〜１０６は
第４図に示したように設定温度と検知温度の差Δ
Ｔを得られるように重みづけされている。

したがつて、μＰ８４は、O₀〜O₃出力の組み
合わせによつて温度設定可変抵抗器９８で設定さ
れた温度と、サーミスタ９６で検出された室温と
の差ΔＴが、どの程度の大きさかを判定すること
ができる。O₄出力に接続された抵抗器１０７は
運転開始時、設定温度を一定時間高め（例えば２
℃）にしておいて、急速暖房するようにするため
のものである。

このようにして、前記ΔＴが測定され、燃焼す
べき温度であると判定されると、μＰ８４は、運
転表示LED９５を早い周期で点滅させ、R₄出力
により、インバータバツフア１０８を介しリレー
６３を駆動し、気化ヒータに通電して、予熱開始
する。運転表示LED９５の早い周期の点滅は、
予熱中（燃焼準備中）を表示するものである。気
化筒の温度は、高温サーミスタ１０９，抵抗器１
１０よりなる予熱完了検知回路からの温度信号と
して、コンパレータ１１５に入力され、抵抗器１
１１〜１１３，ダイオード１１４よりなる基準信
号発生回路の基準信号と比較され、μＰ８４の
R₁₀入力端子に入力される。予熱完了信号が入力
され（コンパレータ１１５の出力がHi）予熱完
了と判定されると、μＰ８４は、出力P₀〜P₃によ
りインバータバツフア１２０〜１２３を介してパ
ルスモータ５３をドライブし、ダンパの最大開度
検出用マイクロスイツチ１１６がオンになつて、
SI入力端子よりダンパ開度最大信号が入力される
と、ドライブを停止する。

次に、R₆出力により、インバータバツフア１
１７を介して、リレー６４を駆動し、バーナモー
タ８を動作させ、プリパージを開始する。プリパ
ージ時間（約10秒）は、μＰ８４内のRAM内に
設けたカウンタタイマーにより測定される。プリ
パージ終了後、μＰ８４はP₀〜P₃出力によりパル
スモータ５３を駆動し、ダンパを最小開度とした
後R₅出力により、インバータバツフア１１８を
介し、リレー６５を駆動し、点火器３７を動作さ
せ、プリイグニシヨンを開始する。プリイグニシ
ヨンンタイム（１〜２秒）は、やはり、μＰ８４
内のRAMに設けたカウンタタイマーで測定す
る。

また、ダンパ開度は、パルスモータ５３に与え
たパルス数により決定され、このパルス数は
RAM内に記憶される。プリイグニシヨン終了
後、μＰ８４は、R₁出力によりインバータバツ
フア１１９を介して、フオトカプラ６６に所定の
パルス巾PWと周波数で、パルスポンプ駆動出
力し、着火動作が行なわれ、着火検知確認の後、
空燃比制御ルーチンを実行する。

ここで、リレー１２４について説明する。μＰ
８４のスキヤン出力R₀は、μＰ８４のメインプ
ログラムにより、一定の周波数で、Hi，L₀をく
りかえし、インバータバツフア９１は、同一周期
でオン，オフとくりかえす。抵抗１２５，コンデ
ンサ１２６，ダイオード１２７，１２８，抵抗器
１２９により、インバータバツフア９１のHi，
L₀くりかえしにより、コンデンサ１３０には、
直流電圧が発生する。この直流電圧は、コンデン
サ１２６のシヨート故障以外の前記部品の故障に
対し、フエールセーフ化が実現でき、きわめて安
全性の高い回路構成となつている。すなわち、μ
Ｐ８４の故障に対しても、リレー１２４は動作し
ない結果となり、接点１２４ａは開となり、主リ
レー６３，６４，６５はオフとなり、燃焼，およ
び気化ヒータへの通電が停止される。

また、１３１は灯油切れ検知用フロートスイツ
チ、１３２は温度ヒユーズ、１３３は過熱防止用
温度スイツチ、１３４は感震装置であり、これら
が作動して、接点がオープンになつたときは、リ
レー６３，６４，６５への通電を停止し、確実に
燃焼を停止せしめると共に、抵抗器１３５〜１３
８，ダイオード１３９により、コンパレータ１４
０は、出力がHiからLoに変化する。したがつて
μＰ８４は、R₇入力により、何らかの異常があ
つたことを判定し、出力R₃によりインバータバ
ツフア１４１を介し、異常表示LED１４２を点
滅動作させ、異常表示をするものである。前記温
度ヒユーズ１３２，過熱防止用温度スイツチ１３
３，感震装置１３４は、μＰ８４に異常検知入力
を与えると同時に、リレー６３，６４，６５をオ
フするような回路構成をとつているため、異常時
は、確実に燃焼停止され、その安全性はきわめて
高いものである。

次に着火検知および空燃比制御ルーチンについ
て説明する。

着火して、炎が形成されると、フレームロツド
２０とバーナユニツト３との間には、イオン電流
Ｉが流れる。このＩは、主炎の適当な位置に
フレームロツドを挿入することにより、第６図に
示したような、燃焼状態検知信号としてのＩと
なる。すなわち、空燃比μに対し、一定の相関を
もつものである。

イオン電流が流れると、抵抗器１４３，コンデ
ンサ１４４の両端にはＩと等価な直流電圧E₀
が発生する。このE₀はオペアンプ１４５により
インピーダンス変換され、抵抗器１４６の両端子
間電圧となつて現れる。

抵抗器１４７，１４８，１４９により、燃焼状
態基準信号が形成されている。燃焼状態基準信号
Ｅ_Sは、抵抗器１４７〜１４９および、R₁₂，R₁₄
出力により、抵抗器１４９に並列に挿入される抵
抗器１５６，１５８によつて、第１２図に示すＥ
_S2，Ｅ_S1，なる電圧となり、それぞれ、コンパレ
ータ１５０，１５１の基準入力電圧となつてい
る。

着火検知時は、出力R₁₁〜R₁₅がLoとなり、抵
抗器１４９に並列に抵抗器１５５〜１５９が接続
され、Ｅ_S1は、Ｅ_SD1のレベルまで低下する。す
なわち、コンパレータ１５１の基準電位がＥ_SD1
となる。

E₀がＥ_SD1まで達すると、K₁入力信号は、コン
パレータ１５１の反転により、LoからHiとな
る。この後、一定のポストイグニシヨン（２秒）
後μＰ８４は、R₅出力により、リレー６５をオ
フし点火動作を停止する。また同時に、カウンタ
タイマーを起動し、R₁₃，R₁₅出力をHiにする。し
たがつてＥ_S1は、Ｅ_SD2のレベルまで上昇する
（第１２図）。

E₀は燃焼と共に徐々に増加し、Ｅ_SD2に近づく
わけであるが、このＥ_SD2に達するまでの時間ｔ_S
を、前記カウンタタイマーで測定し、ｔ_Sの大き
さにより着火時の燃焼状態を判定する。これは、
パルスポンプのバラツキにより、異常に燃料過多
状態で燃焼した場合、イオン電流が少ないことを
利用して、通常燃料過多状態を検出し、パルスポ
ンプのパルス巾を修正（パルス巾をｔ_Sの大きさ
に応じて減少させる）することにより、黄火状態
での燃焼時間を短くするものである。

出力O₅〜O₇に接続された抵抗器１５２〜１５
４は、それぞれ一定の重みづけがなされており、
前記Ｅ_S1およびＥ_S2を第７図、Ｉ₀〜Ｉ₆に相
当するように、ダンパ開度（燃焼空気量Q₀〜
Q₆）に応じて、変化させるものである。このO₅〜
O₇出力により指定されたＥ_S1，Ｅ_S2は、コンパレ
ータ１５０，１５１の基準入力になつているか
ら、もし、Ｅ_S1＜E₀＜Ｅ_S2となつたとき、K₀，
K₁入力は、Hi，Hiとなる。したがつて、このと
きは空燃比μが適当な値になつているとして、パ
ルスポンプの，PWを変更しない。

E₀＜Ｅ_S1のとき、μＰ８４は、R₁₃出力，R₁₅出
力を順次Loにすることにより、Ｅ_S1をＥ_SL1，Ｅ_S
Ｌ２に変化させ、そのときのK₁入力（コンパレー
タ１５１の出力）により、E₀が基準値Ｅ_Sに対し
て、どの程度差があるかをデコードする。このデ
コード結果により、差が大きいとき、Δ又はΔ
Ｔ（パルスポンプ動作周波数又はパルス巾の変化
巾）を大きくとり、差が小さいときは、Δ又は
ΔＴを小さく選んで、又はPWの操作を行なう
ものである。このΔ又はΔPWの操作前に、μ
Ｐ８４は、R₈出力によりインバータバツフア１
６０を介し、FET１６１，抵抗器１６２による
アナログスイツチをオフにし、コンデンサ１３６
にその時点でE₀をホードする。

Δ又はΔPWの操作（変更）後は、一定時間
のカウンタタイマーを起動し、前記タイマーがカ
ウントアツプした後にE₀のデコードを実行し、
Δ又はΔPW，変更後の値として判定する。こ
のカウンタタイマーは、μＰ８４のRAM内に設
定されるものであり、そのタイマー時間は、検知
回路の充放電時定数より実用上十分な大きな値と
することが、負帰還制御系の安定な動作を実現す
る上で極めて重要である。

また、前記のカウンタタイマーが、カウントア
ツプ後μＰ８４は、入力K₂，K₃により、ΔPW，
又はΔの操作により、E₀が一定レベルより、
増加したかどうかを判定する。Δ又はΔPW変
更前のE₀は、コンデンサ１６３にホールドさ
れ、インピーダンス変換用オペアンプ１６４の出
力電圧となる。オペアンプ１６５は、抵抗器１６
７〜１７２により、前記オペアンプ１６４の出力
と、Δ又はΔPW変更後のE₀との差動アンプと
して動作し、その出力電圧は、抵抗器１６７，１
６８によつて定められる電位を基準として、差動
入力電圧の大きさに応じて正又は負に変化する。
このオペアンプ１６５の出力を抵抗器１７２〜１
７４より成る基準電圧発生器と比較するコンパレ
ータ１７５，１７６の入力とすることによつて、
E₀のμ（空燃比）変化に対する傾きを検知する
ことができる。すなわち、K₂入力がLoならば、
Δ又はΔPW変化によりE₀が増加したと判定す
ればよい。

このような回路構成によりμＰ８４は、出力
R₁によりドライブされるパルスポンプに与えた
操作量Δ又はΔPWの結果として空燃比μの傾
きが所定の極性であるか否かを判定し、結果が所
定の極性の時は、そのまま通常の空燃比の負帰還
制御ルーチンを実行する。ところが、もし極性が
所定の極性でない時は、第６図に示したように、
Ｉ−μ曲線の頂上を通過して所定の極性側にそ
の動作点が到達することが必要であるので、この
場合は、パルスポンプ１１への操作量、すなわち
Δ又はΔPWを通常の場合の大きさより大きく
し、前述した曲線の頂点を通過するよう構成され
ている。このようなＩの傾き検知方法、および
その結果に対する空燃比制御のためのパルスポン
プ１１への操作量の与え方は、マイクロコンピユ
ータ８４を用いることにより、極めて容易に実現
することが可能であり、広い範囲でパルスポンプ
のすみやかな制御を実現し、安定な燃焼状態を実
現することができる。

抵抗器１７７，１７８は、インバータバツフア
出力１０８の出力に直列に接続され、NANDゲー
ト１８０に入力されている。NANDゲート１７９
〜１８１は、μＰ８４の出力R₀のスキヤンによ
り、前述のダンパ最大開度位置検知用マイクロス
イツチ１１６の信号とをSI入力に入力するための
ものである。

μＰ８４は、SI入力により、リレー６３の駆動
用インバータバツフア１０８のシヨート故障を検
出し、気化ヒータ１５への連続通電を防止するも
のである。

すなわち、μＰ８４は、インパータバツフア１
０８のシヨート故障を検出するとスキヤン出力
R₀をオフにする。したがつて、リレー１２４の
電源が形成されなくなりその接点１２４ａはオフ
になり、気化ヒータ１５は連続通電は防止され
る。１８２は水晶振動子、１８３，１８４はコン
デンサ、１８５は抵抗器であつて、μＰ８４は、
これらにより、水晶振動子１８２の発振周波数の
クロツクパルスを得て、動作する。１８６は、コ
ンデンサ、１８７は抵抗器、１８８はダイオード
であり、μＰ８４のRST端子に図のように接続
され、μＰ８４の電源投入時（運転スイツチ８５
オン）のプログラムカウンタ，種々のレジスタ，
RAM等のイニシヤライズをするものである。

発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、次のよ
うな効果を得ることができる。

新らしい制御システム・制御方式により、室
温等の負荷温度を設定温度になるよう比例制御
に近い多段燃焼量制御し、快適性のすぐれた暖
房装置とすることができる。

燃焼状態検知信号により、新規な制御方式を
用い、空燃比（燃焼状態）制御を行ない、常
に、CO，HC，MOxの発生量が極めて少ない
クリーンな燃焼状態を実現できる燃焼装置とす
ることができると共に燃焼効率を常に一定に保
ち、効率の良い機器を実現できる。

環境条件変化などに対して、安定に燃料（灯
油）を供給しつづけることが困難で、バラツキ
の大きいパルスポンプを用いても、面倒な生産
工程なしで、燃焼量を安定化することができ、
かつ、今まで困難であつた低燃焼量レベルでの
燃焼をも安定に実現できる。

種々の新らしい回路構成を用いることにより
機器の安全性を従来に比べ、著しく高めること
ができる。

このように、本発明は燃焼装置、特に石油燃焼
装置を効率よく、燃焼がクリーンで、安全性の高
いものにすることができ、また、生産工程の合理
化，性能の安定性を実現することができる点で、
その工業的効果は、極めて多大なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の温風機の構成図、第２図は同制
御回路図、第３図は本発明の一実施例における燃
焼制御装置の制御システムブロツク図、第４図は
同装置の負荷温度デコードと燃焼量選択を示す
図、第５図は同暖房負荷と燃焼量の特性図、第６
図は同空燃比と燃焼状態検知信号の特性図、第７
図は同燃焼空気量と燃焼状態検知信号の特性図、
第８図は同構成図、第９図は同回路図、第１０図
は同さらに詳細な回路図、第１１図は同燃焼量切
換の説明図、第１２図は同燃焼状態検知信号のデ
コード方法の説明図である。 ３……バーナユニツト、５……熱交換器、４４
……ダンパ装置（燃焼空気調節手段）、１１……
パルスポンプ（燃料供給量調節手段）、３０……
負荷温度検知器（負荷温度検知手段）、２０……
燃焼状態検知器（燃焼状態検知手段）、４５……
燃焼状態基準信号発生器、１４７〜１４９……抵
抗器（燃焼状態基準信号発生器）、４８……スイ
ツチ、４９……ホールド回路（サンプルホールド
回路）、５０……比較器、５１……基準信号発生
器（４８〜５１は燃焼状態検知信号傾き検知手段
を構成）、６０……燃焼状態検知信号傾き検知器
（燃焼状態検知信号傾き検知手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ バーナ，熱交換器，燃焼空気調節手段，燃料
   供給調節手段等を有し、空気又は水等の負荷の温
   度を検知する負荷温度検知手段の信号により燃焼
   量を制御するよう構成した燃焼装置において、前
   記バーナの燃焼状態を検知する燃焼状態検知手段
   と、複数の燃焼量における燃焼状態の基準となる
   信号を複数個発生する燃焼状態基準信号発生器と
   を備え、これらの差信号により燃焼空気調節手段
   又は燃料供給量調節手段を制御して空燃比の制御
   を行い、燃焼状態を所定値に保つよう制御する構
   成とすると共に、前記燃焼空気調節手段又は、燃
   料供給量調節手段の作動時に生じる空燃比変化に
   対する燃焼状態検知信号の傾きを検知する燃焼状
   態検知信号傾き検知手段を備え、かつ、前記傾き
   検知手段の信号に基づき前記傾きが所定の極性の
   時、燃焼空気調節手段又は燃料供給量調節手段を
   所定の操作量で制御して前記空燃比制御を行う手
   段と、前記傾きが前記極性と反対の時、前記操作
   量を傾きが所定の極性ときの操作量より大きくし
   て前記傾きを所定の極性とし前記空燃比の制御を
   行う手段とを有する主制御部を備えた燃焼制御装
   置。 ２ 燃焼空気調節手段、燃料供給量調節手段は、
   それぞれ、燃焼空気流路に設けられたダンパ装
   置、およびパルスポンプで構成すると共に、負荷
   温度検知手段の信号により前記ダンパ開度を複数
   段階に制御し、かつ、燃焼状態検知手段と前記ダ
   ンパ開度に応じた複数の燃焼状態基準信号との差
   信号および燃焼状態検知信号傾き検知手段の信号
   とにより、前記パルスポンプのパルス幅および周
   波数を制御するよう構成したことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の燃焼制御装置。 ３ 燃焼状態検知信号傾き検知手段は、燃焼状態
   検知信号を一定時間保持するサンプルホールド回
   路と、前記サンプルホールド回路の出力と燃焼状
   態検知信号とを入力とする差動増幅回路と、前記
   差動増幅器の出力と基準信号とを比較する比較回
   路より成ることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の燃焼制御装置。 ４ 燃焼状態検知信号の傾きが、所定の傾きにな
   つた時、定められたパルス幅だけパルスポンプの
   パルス幅を変化するよう構成したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項記載の燃焼制御装置。 ５ パルスポンプのパルス幅又は周波数を変化さ
   せた後一定時間後に、燃焼状態検知信号と燃焼状
   態基準信号との差信号を判別するよう構成したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の燃焼
   制御装置。