JP2004232971A

JP2004232971A - 燃焼式ヒータ

Info

Publication number: JP2004232971A
Application number: JP2003022549A
Authority: JP
Inventors: Shiyougo Usa; 将吾宇佐
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】受光素子を用いるものにおいて、燃料の燃焼状態の誤判定を防止可能とする燃焼式ヒータを提供する。
【解決手段】燃料の燃焼状態が本体部１００、２００の外部に設けられる制御手段３００によって制御される燃焼式ヒータであって、燃焼時の火炎照度を電流信号として捉える受光素子１５０と、受光素子１５０に近接して設けられ、電流信号に応じて着火、消火状態を判定すると共に、着火、消火状態の判定信号を制御手段３００に出力する判定出力手段１６０とを設け、制御手段３００によって判定出力手段１６０からの判定信号に基づいて燃料の燃焼状態を制御するようにする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バス等の大型車両用暖房装置に用いて好適な燃焼式ヒータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃焼式ヒータには、燃料の燃焼状態を検出する手段として火炎の照度を検知して着火、消火状態を判定する受光素子を用いるものが知られている。燃焼式ヒータには、その他に燃料を燃焼室に供給する燃料ポンプ、燃焼用空気を送風する送風機、燃料を加熱して着火させるプラグ等の作動部が備えられており、上記の受光素子の検出信号に基づいて、外部に設けられたＥＣＵによって上記各作動部が作動され燃料の燃焼状態が制御されるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、受光素子の受光面に付着する埃等による影響を考慮して、着火、消火の判定照度は低照度側に設定されることから、受光素子の出力も微小となり、ＥＣＵに出力する間に外部ノイズの影響を受けやすくなり、誤判定を起す場合がある。
【０００４】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、受光素子を用いるものにおいて、燃料の燃焼状態の誤判定を防止可能とする燃焼式ヒータを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００６】
請求項１に記載の発明では、燃料の燃焼状態が本体部（１００、２００）の外部に設けられる制御手段（３００）によって制御される燃焼式ヒータであって、燃焼時の火炎照度を電流信号として捉える受光素子（１５０）と、受光素子（１５０）に近接して設けられ、電流信号に応じて着火、消火状態を判定すると共に、着火、消火状態の判定信号を制御手段（３００）に出力する判定出力手段（１６０）とを設け、制御手段（３００）は、判定出力手段（１６０）からの判定信号に基づいて燃料の燃焼状態を制御することを特徴としている。
【０００７】
これにより、受光素子（１５０）による判定照度が低照度側に設定された場合でも、近接する判定出力手段（１６０）によって、受光素子（１５０）からの着火、消火状態の信号（微小な電流信号）をシンプルな判定信号（デジタル信号）に置き換えて制御手段（３００）に出力するので、制御手段（３００）までの間における外部ノイズ等の影響を受けにくく、燃焼状態の誤判定を防止することができる。
【０００８】
そして、請求項２に記載の発明のように、バス等の大型車両において判定出力手段（１６０）および制御手段（３００）が所定量離れて配置された場合に用いて好適である。
【０００９】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１、図２に示す。燃焼式ヒータ１０は、エンジン冷却水（温水）の熱を利用した車両用暖房装置を構成する加熱装置であり、例えば、寒冷地等でエンジン冷却水の温度が充分に昇温していない時に、燃料を燃焼させてエンジン冷却水を加熱するものである。ここでは車両としてバス等の大型車両を対象にしたものとしている。
【００１１】
まず、その基本構成について、図１を用いて説明する。燃焼式ヒータ１０は、本体部を成す燃焼器１００および熱交換器２００と、この本体部（１００、２００）の外部に配設されるＥＣＵ３００とから成る。本体部（１００、２００）は客室の床下に装着され、また、ＥＣＵ３００は車両のリヤ側となるエンジンルーム上部の客室内に装着され、本体部（１００、２００）およびＥＣＵ３００は、所定量離れて配置されている。
【００１２】
燃焼器１００は、燃焼用空気を混合させながら燃料を燃焼させるものであり、燃焼器ハウジング１１０およびフレームホルダ１７０の内部に点火手段１２０、燃料供給手段１３０、燃焼空気供給手段１４０、フォトＩＣダイオード１５０、増幅アンプ１６０が配設されている。
【００１３】
燃焼器ハウジング１１０は、ハウジング１１１とハウジングカバー１１２とから成る。ハウジング１１１は、アルミニウム材の鋳造により形成されており、後述する熱交換器２００側において開口しており、また反熱交換器側に第１支持部１１１ａおよび第２支持部１１１ｂが一体で設けられている。第１支持部１１１ａには図示しない吸入口が開口されており、ハウジング１１１内とハウジングカバー１１２内とが連通するようにしている。
【００１４】
ハウジングカバー１１２は、ステンレス材から有底筒状に形成されており、底部側（図１中の左側）には、燃焼用空気が流入する開口部１１２ａが設けられている。そして、ハウジングカバー１１２は、シール部材（図示せず）を介して、クランプ部材（図示せず）によってハウジング１１１に固定されている。
【００１５】
ハウジング１１１の開口側には後述する熱交換器２００側に拡がるフレームホルダ１７０が設けられている。フレームホルダ１７０は、ステンレス材より成り、内側の空間は第１燃焼室１７１として形成されている。また、フレームホルダ１７０の側壁には周方向に並ぶ複数の１次空気口１７２および２次空気口１７３が設けられ、端部下側には受光穴１７４が設けられている。
【００１６】
点火手段１２０は、供給される燃料を放電によって着火させるものであり、ハウジングカバー１１２内に配設されて第１支持部１１１ａに固定されるイグナイタトランス１２１と、後述するノズルホルダ１３５に固定されて先端側が第１燃焼室１７１に挿入されるスパークプラグ１２２とがハイテンションコード１２３によって接続されている。尚、スパークプラグ１２２の先端部は、後述する噴霧ノズル１３３の先端近傍に配置されている。
【００１７】
燃料供給手段１３０は、図示しない燃料タンク内の燃料を第１燃焼室１７１内に噴霧する（供給する）ものであり、電磁ポンプ用アンプ１３１、電磁ポンプ１３２、ノズルホルダ１３５に挿入固定される噴霧ノズル１３３および燃料パイプ１３４から成る。電磁ポンプ用アンプ１３１および電磁ポンプ１３２は、ハウジングカバー１１２内に配設されており、電磁ポンプ用アンプ１３１から電磁ポンプ１３２には作動および停止に関わる信号が送られるようにしている。また、ノズルホルダ１３５は第２支持部１１１ｂに固定され、噴霧ノズル１３３の先端側がフレームホルダ１７０の中心部に挿入固定されている。電磁ポンプ１３２と噴霧ノズル１３３とは燃料パイプ１４３によって接続されている。
【００１８】
燃焼空気供給手段１４０は、ハウジングカバー１１２内に配設されるモータ１４１と、このモータ１４１のシャフトに固定され、第１、第２支持部１１１ａ、１１１ｂ間に配設される燃焼ファン１４２とから成る。尚、第１支持部１１１ａには、燃焼ファン１４２の回転数を検出するための回転数ピックアップ１４３が固定されており、検出される回転数信号は、後述するＥＣＵ３００に出力されるようにしている。また、モータ１４１にはパワートランジスタ１４４が設けられており、モータ１４１に供給する電圧を可変する。
【００１９】
そして、フレームホルダ１７０の受光穴１７４の下側にはフォトＩＣダイオード１５０が設けられ、また、ハウジングカバー１１２内にはフォトＩＣダイオード１５０の検出信号が入力される増幅アンプ１６０が設けられている。これらは本発明の要部を成すものであり、詳細については後述する。
【００２０】
ハウジング１１１の開口側には、フレームホルダ１７０を内包し、先端部で開口する筒状の燃焼筒１８０が設けられている。燃焼筒１８０はステンレス材より成り、その内側の空間は第１燃焼室１７１から繋がる第２燃焼室１８１として形成されており、また、略中央には燃焼バッフル１８２が設けられている。
【００２１】
そして、燃焼筒１８０を外側から取り囲むようにして熱交換器２００が設けられている。熱交換器２００は、共にステンレス材より成る熱交換器ハウジング２１０と、その内側に配設される流路壁２２０とから成る。熱交換器ハウジング２１０は、円筒状の円筒ハウジング２１１の一方の端部側がエンドハウジング２１２によって閉塞されて、有底筒状の容器を成すもので、他方の開口側が燃焼器ハウジング１１１に接続されている。
【００２２】
流路壁２２０は、上記の熱交換器ハウジング２１０と同様に有底筒状の容器を成しており、開口側が燃焼器ハウジング１１１に接続されている。尚、流路壁２２０の側壁２２１には螺旋状の水側伝熱フィン２２２が設けられている。
【００２３】
熱交換器ハウジング２１０の燃焼器１００側には図示しない温水流入口が開口され、またエンドハウジング２１２側には図示しない温水流出口が開口され、流路壁２２０との間には上記の水側伝熱フィン２２２により螺旋状の温水流路２２３が形成される。温水流入口は図示しない車両エンジンと接続され、また、温水流出口は暖房装置内の加熱器（ヒータコア）に接続される。
【００２４】
そして、温水流入口の近傍には、エンジンからの温水温度Ｔｅを検出する入口水温サーモ２３０が設けられ、また、温水流出口の近傍には後述する燃焼ガスとの熱交換により加熱された温水の温度Ｔｈを検出する出口水温サーモ２４０が設けられている。両サーモ２３０、２４０によって検出される温度信号は、後述するＥＣＵ３００に出力されるようにしている。
【００２５】
また、燃焼筒１８０と流路壁２２０との間には、燃焼筒１８０の先端部から繋がり燃焼ガスが流通する燃焼ガス流路１８３が形成され、フレームホルダ１７０の近傍下側には、燃焼ガス流路１８３から外部に連通する排気管１８４が設けられている。
【００２６】
尚、エンドハウジング２１２および流路壁２２０の底部側（図１中の右側）には温度ヒューズ２５０が設けられており、温度ヒューズ２５０によって検出される燃焼ガスの温度が、所定の安全温度以上の時に燃焼器１００の作動を停止させる信号を後述するＥＣＵ３００に出力するようにしている。
【００２７】
次に、本発明の特徴部について図２を加えて詳細説明する。受光素子を成すフォトＩＣダイオード（以下、ダイオード）１５０は、図２（ａ）に示すように、燃料が燃焼している時の火炎の照度に応じて発生する微小電流値によって着火状態あるいは消火状態を検出するものである。ダイオード１５０は、フレームホルダ１７０の受光穴１７４から火炎の状態が検出できるように配設されている。
【００２８】
そして、ダイオード１５０で検出した電流信号を判定出力手段としての増幅アンプ１６０に出力するようにしている。増幅アンプ１６０は、ダイオード１５０と近接するハウジングカバー１１２内に配設されており、ダイオード１５０からの電流信号に基づいて燃料が着火状態にあるのか消火状態にあるのかを判定すると共に、その判定結果を図２（ｂ）に示すように、電圧に置き換えた判定信号として後述するＥＣＵ３００に出力するようにしている。この判定信号は、例えば、消火状態を４Ｖ、着火状態を３Ｖというようなデジタル信号としている。因みに、上記の消火状態、着火状態に加えて、ここでは、ダイオード１５０のショート時における電流信号からショート状態も判定し、その判定信号（ショート状態として１Ｖの信号）もＥＣＵ３００に出力するようにしている。
【００２９】
制御手段としての制御装置３００は、上記の回転数ピックアップ１４３、増幅アンプ１６０、両水温サーモ２３０、２４０、温度ヒューズ２５０からの出力信号に基づいて、点火手段１２０、燃料供給手段１３０、燃焼空気供給手段１４０の作動、即ち、燃料の燃焼状態を制御するものである。
【００３０】
以上の構成に基づく本実施形態の作動について、次に説明する。
【００３１】
ＥＣＵ３００は、入口水温サーモ２３０によって検出される温水（温水流路２２３に流入される温水）の温度Ｔｅが第１所定温度Ｔｅ１（例えば７８℃）よりも低い場合に、燃焼器１００を作動させる。また、燃焼器１００を作動させている時に、熱交換器２００によって加熱され、入口水温サーモ２３０によって検出される温水温度Ｔｅが第１所定温度Ｔｅ１よりも高くなると、この第１所定温度Ｔｅ１よりも低い側に設定される第２所定温度Ｔｅ２（例えば７３℃）に低下するまで燃焼器１００の作動を停止させる。
【００３２】
即ち、温水温度Ｔｅが第１所定温度Ｔｅ１よりも低い場合に、この信号を受けてＥＣＵ３００は、燃料供給手段１３０を作動させ、燃料を噴霧ノズル１３３から噴霧させる。また、燃焼空気供給手段１４０を作動させ、燃焼空気を開口部１１２ａから吸入させ、第１支持部１１１ａの図示しない吸入口を流通させ、フレームホルダ１７０の１次空気口１７２、２次空気口１７３から第１燃焼室１７１に流入させ、上記の噴霧される燃料と混合させる。そして、点火手段１２０のスパークプラグ１２２を放電させ、着火させる。尚、燃焼空気の供給量は、回転数ピックアップ１４３の回転数信号を基に、モータ１４１の回転数（燃焼ファン１４２の回転数）がパワートランジスタ１４４にて電圧可変されて調整される。
【００３３】
着火された燃料の燃焼が安定すると、即ち、増幅アンプ１６０からの着火状態信号を受けると、点火手段１２０は停止さる。この時、燃料は燃焼火炎からの輻射熱で気化し、燃焼を継続する（保炎される）。
【００３４】
燃焼によって生ずる燃焼ガスは、第１燃焼室１７１から第２燃焼室１８１に流れ、更には燃焼筒１８０の先端部から燃焼ガス流路１８３を通り、排気管１８４から排出される。この間に温水流路２２３を流通する温水は上記の燃焼ガスと熱交換され加熱されることになる。因みに、流路壁２２０の水側伝熱フィン２２２によって伝熱面積が拡大され、上記の燃焼ガスと温水との熱交換効率が高められる。更には、温度ヒューズ２５０によって、例えばエンジンからの温水量が極めて少なく、空焚き状態となって、燃焼ガスの温度が安全温度を越えるような場合には、燃焼器１００の作動が停止され、燃焼式ヒータ１０は保護される。
【００３５】
一方、入口水温サーモ２３０によって検出される温水温度Ｔｅが第１所定温度Ｔｅ１を越えると、増幅アンプ１６０からの着火状態信号に対して、ＥＣＵ３００は燃焼器１００の作動を停止させる。この時は、燃料供給手段１３０を停止させた後に、燃焼空気供給手段１４０の作動を所定時間（例えば２分間）継続して、燃焼空気による冷却効果を持たせ、その後に停止させるようにしている。そして、入口水温サーモ２３０によって検出される温水温度Ｔｅが第２所定温度ｔｅ２を下回ると、再び着火が行われ、以下、上記の制御が繰り返されることになる。
【００３６】
以上のように、本発明においては増幅アンプ１６０によって、ダイオード１５０からの電流信号に応じて着火、消火状態を判定すると共に、着火、消火状態をシンプルな判定信号（デジタル信号）に置き換えてＥＣＵ３００に出力するので、ＥＣＵ３００までの間における外部ノイズ等の影響を受けにくく、燃焼状態の誤判定を防止することができる。
【００３７】
また、バスのような大型車において、燃焼器１００内に配設される増幅アンプ１６０とＥＣＵ３００とが非常に離れて配置され、この間で外部ノイズの影響を受けやすいものにおいて非常に有効となる。
【００３８】
（その他の実施形態）
上記第１実施形態では、受光素子としてフォトＩＣダイオード１５０を用いるものとして説明したが、これに限らずフォトダイオードやフォトトランジスタ等に置き換えても良い。また、対象とする車両は大型車に限らず、小型車等種々の車両に対応しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における燃焼式ヒータの全体構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）はフォトＩＣダイオードから出力される電流信号、（ｂ）は増幅アンプから出力される電圧信号を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１０燃焼式ヒータ
１００燃焼器（本体部）
１５０フォトＩＣダイオード（受光素子）
１６０増幅アンプ（判定出力手段）
２００熱交換器（本体部）
３００ＥＣＵ（制御手段）

Claims

燃料の燃焼状態が本体部（１００、２００）の外部に設けられる制御手段（３００）によって制御される燃焼式ヒータであって、
燃焼時の火炎照度を電流信号として捉える受光素子（１５０）と、
前記受光素子（１５０）に近接して設けられ、前記電流信号に応じて着火、消火状態を判定すると共に、前記着火、消火状態の判定信号を前記制御手段（３００）に出力する判定出力手段（１６０）とを設け、
前記制御手段（３００）は、前記判定出力手段（１６０）からの前記判定信号に基づいて前記燃料の燃焼状態を制御することを特徴とする燃焼式ヒータ。
前記判定出力手段（１６０）および前記制御手段（３００）は、所定量離れて配置されたことを特徴とする請求項１に記載の燃焼式ヒータ。