JPH02267417A - 燃焼制御装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、燃焼室内にバーナを配し、燃料供給量と燃焼
用空気の供給量との割合を補正する空燃比補正機能を有
する燃焼制御装置に関し、特に、燃料と燃焼用空気とを
予混合させる全−次空気式バーナにおいて効果的である
。

［従来の技術］ 例えば、全−次空気式バーナを備えた燃焼機器では、送
風機の制御状態が同じであっても、バーナプレートの温
度に応じて供給される燃焼用空気量が変化する。このた
め、空燃比制御が行われ、適正な空燃比が得られるよう
に燃料供給量が補正される。この空燃比制御では、適正
な空燃比に応じた燃焼温度が得られているが否かを、例
えばサーモカップルによってバーナプレートの温度を検
知し、その出力電圧を各燃焼量毎の適正な空燃比に対応
する基準電圧と比較して、燃料供給量の過不足分を補正
する。

この結果、例えば、初期点火（再点火でない場合）等の
ｃｏｌｄ時における点火初期には、バーナプレートの温
度が低いため、定常燃焼時に比べて多くの燃焼用空気が
供給されるが、このときには、サーモカップルの温度が
低くその出力電圧が不足しているため、燃料不足の状態
として検知され、燃料供給量が増加補正されるため、バ
ーナには燃焼用空気に応じて適正な空燃比となる量の燃
料が供給される。

こうした燃焼制御装置としては、決定された目標加熱量
に基づいて送風機を制御し、送風機の回転数等の作動状
態を検出して比例弁を制御するものがある。

［発明が解決しようとする課題］ このように、バーナプレートの温度を検知して燃料供給
量を補正するものにおいて、燃焼性の良くない燃料ガス
を使用した燃焼機器では、ｃｏｌｄ時の点火初期に、炎
がリフトしないようにするためには、過剰に供給される
燃焼用空気に対して、十分な補正量が確保されなければ
ならない。

従って、バーナプレートの温度がある程度高い定常燃焼
時において、適正な空燃比で燃焼用空気および燃料をそ
れぞれ供給するための送風機の回転数に対する比例弁の
基準電流値の関係が、例えば第７図において実線に示さ
れる場合には、点火時の比例弁の電流値は、破線に示す
ように、定常燃焼時の電流値に比べてかなり大きくしな
ければならず、これに伴って、基準電流値に対する空燃
比の補正幅を、少なくとも電流値を大きくする側には、
十分に大きく広げる必要がある。

この結果、空燃比の補正幅が十分に広げられた従来のも
のでは、点火初期には、比例弁は、着火後まもないため
その温度が十分に上昇していないサーモカップルによる
空燃比の補正を受けると、サーモカップルの出力電圧は
、第８図の破線に示すとおり応答遅れがあるため、目標
加熱量に対するサーモカップルの基準電圧■１に対して
大きく不足した電圧となる。このため、燃料供給量は、
実線に示すとおり、着火後、サーモカップルの電圧が基
準電圧■１を越える時間ｔｎまでは、実際に不足してい
る量よりも多くの燃料を増加させるような補正が行われ
る。従って、供給される燃焼用空気に対応した燃料供給
量が得られないとともに、決定された加熱量に応じた燃
料より多い燃料を供給することになる。このため、バー
ナプレートが赤熱したり燃焼状態が不安定になり、例え
ば、全−次空気式バーナを備えた給湯器のように、必要
に応じて排気筒の延長をしなければならない燃焼機器で
は、共鳴音等の騒音が発生しやすくなる。

また、過剰な燃料が目標加熱量に応じた供給量に減少す
るまでに時間が掛かる。

一方、決定された目標加熱量が、点火初期には燃焼領域
内の中間部や比較的大きく、その後、給湯量の変更等に
よって小さくなると、サーモカップルの温度は、変更後
の目標加熱量における基準温度に対しては十分高い温度
として検知される。

この場合、変更後の基準温度に対してサーモカップルの
温度が高すぎると、燃料供給量を減らすように補正され
るため、炎がリフトして失火しやすくなる。このため、
目標加熱量が変化した場合には、適正な空燃比補正が行
われる必要がある。

本発明は、ｃｏｌｄ時における最小加熱量付近での点火
初期のサーモカップルの応答遅れによる影響をなくし、
適正な空燃比が得られ目標加熱量に応じた燃焼量が得ら
れるとともに、燃焼量が変更される場合にも、適正な空
燃比が得られる燃焼制御装置を提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、ケーシング内にバーナを配し、該バーナへの
燃料供給路中に燃料調節弁を設けるとともに、前記バー
ナへ燃焼用空気を供給するための送風機を設け、目標加
熱量に応じて前記燃料調節弁および前記送風機を制御す
るとともに、前記バーナの温度を検知する温度検知手段
と、基準温度に対する前記温度検知手段の検知温度に応
じて前記バーナへの燃料供給量の補正量を決定する空燃
比補正手段とを備えた燃焼制御装置において、前記空燃
比補正手段は、点火後の所定時間を計時する計時手段を
備え、該計時手段の作動中には、前記基準温度より低く
設定された初期基準温度に基づいて燃料供給量を補正す
るとともに、前記検知温度が前記初期基準温度より高く
なった場合には、前記計時手段の作動を終了させること
を技術的手段とする。

［作用］ 本発明では、バーナが点火されると、温度検知手段の温
度は、応答遅れを伴って次第に上昇する。

点火後、所定時間が経過するまでは、燃料供給量を補正
するための初期基準温度が、基準温度より低く設定され
ている。

このため、温度検知手段の温度が基準温度まで十分に高
くならなくても、ある程度時間が経過すると、検知温度
は初期基準温度を越え、その後は、燃料供給量は減少補
正される。

一方、所定時間が経過するまでの間に、燃焼量が変更さ
れて小さくなった場合には、それに伴って基準温度およ
び初期基準温度が低くなる。

このとき、温度検知手段の温度が、変更後の燃焼量にお
ける初期基準温度より高い温度であると、計時手段の計
時が終了し、以後は基準温度に基づいて燃料供給量が補
正される。

［発明の効果コ 本発明では、点火初期には、初期基準温度に基づいて空
燃比が補正されるため、比較的早い時期に燃料供給量を
減らすことができる。従って、温度検知手段の温度が、
十分に高くなっていない点火初期において、温度検知手
段の検知遅れの影響を受けることが少なく、燃料供給量
を速やかに減らすことができ、空燃比を適正にすること
ができる。

また、燃焼量が変更されて小さくなり、温度検知手段の
温度が初期基準温度を越えた場合には、その時点で基準
温度に基づいた補正が始まるため、適正な空燃比に早く
補正される。

［実施例］ 次に本発明を実施例に基づいて説明する。

第２図にその概略を示すガス給湯器１では、給湯器ケー
ス１０の内部にセラミックス製のバーナプレート１１が
配され、給湯器ケース１０によって燃焼室１０ａと混合
室１０ｂが形成され、給湯器ケース１０の下方に、燃焼
用空気を供給する送風機１２を備えている。

送風機１２は、スクロールケーシング１２ａ内に羽根車
１２ｂを備え、図示しないモータによって羽根車１２ｂ
を回転駆動する。スクロールケーシング１２ａには燃料
ガスを噴出するノズル１３が設けられている。

バーナプレート１１には、多数の炎口１１ａが形成され
、給湯器ケース１０およびバーナプレート１１は、送風
機１２によって供給される一次空気のみで燃焼する全−
次空気式バーナを形成し、燃焼排ガスは図示しない排気
口から給湯器ケース１０外へ排出される。なお混合室１
０））内には、送風機１２によって供給される混合気を
均等にバーナプレート１１へ供給するために、多数の穴
が設けられた整流板１０ｃが配されている。

燃焼室１０ａ内には、バーナプレート１１の近傍に、火
花放電を行うスパーカ電極１４、バーナプレート１１の
温度を検知するためのサーモカップル１５が設けられて
いる。

ここでは、サーモカップル１５が、炎の影響を直接受け
ないようにするために、バーナプレート１１では、サー
モカップル１５の近傍には、炎口１１ａが形成されてい
ない。

燃焼室１０ａ内には、図示しない水供給源および給湯口
とそれぞれ接続された熱交換器１６が設けられ、熱交換
器１６の上流には流入水量を検出する流量センサ１７、
流入水温を検知する入水温サーミスタ１８が備えられ、
熱交換器１６の下流には、加熱された湯水の温度を検知
するための出湯温サーミスタ１９が備えられている。

燃料ガスをノズル１３へ導く燃料管２ｏには、上流側か
ら順に燃料ガスを遮断するための元電磁弁２１、主電磁
弁２２と、燃料ガスの下流側の圧力を通電電流値に応じ
て調節するガバナ比例弁２３がそれぞれ設けられている
。

制御装置４０は、マイクロコンピュータ（マイコン）を
中心としてあらかじめ組み込まれたプログラムによって
必要な制御動作を行うもので、第３図に示すとおり、点
火制御部４１、温調制御部４２、燃焼制御部４３の各機
能部からなる。

点火制御部４１は、熱交換器１６への水の流入が検知さ
れると、所定のシーケンスで各電磁弁２１．２２を開く
とともに、スパーカ電極１４で火花放電をする点火制御
を行う。

温調制御部４２は、流量センサ１７、入水温サーミスタ
１８、出湯温サーミスタ１９の各検知信号およびコント
ローラ５０による設定温度に基づいて燃焼制御部４３を
制御するための燃焼量を決定する。

燃焼制御部４３は、送風機制御部４４、比例弁制御部４
５、空燃比補正部４６の各機能部からなる。

送風機制御部４４は、温調制御部４２で決定された燃焼
量に応じて、送風機１２のモータへの印加電圧を最小電
圧ｖａｉｎから最大電圧ｖ　ｗａｘまでの間で制御する
。

比例弁制御部４５は、送風機１２のモータの回転数Ｎを
検出して、検出された回転数Ｎに基づいてガバナ比例弁
２３への電流値を制御する。

ここでは、第４図の実線Ａに示すとおり、検出される送
風機１２の回転数Ｎに応じて、最小回転数Ｎｎ＋ｔｎか
ら最大回転数Ｎ　１ｌａＸまでの間で、基準電流値Ｉｓ
を決定する。

基準電流値Ｉｓは、後述する空燃比補正部４６による空
燃比補正の補正量に応じて、第４図の破線Ｂから破線Ｃ
の間の補正幅Ｗａをもって補正電流値Ｉｒに補正され、
ガバナ比例弁２３には、補正電流値Ｉｒが通電される。

ここでは、実線Ａに示す基準電流値Ｉｓに対して、十分
な補正幅Ｗａが得られるように、燃料補正量が決定され
ていて、破線Ｂに示すとおり、十分な増加補正量を与え
ることによって着火性を向上させるとともに、破線Ｃに
示すように、減少補正量についても、図示しない排気筒
の延長等によって、燃焼用空気の供給量が少なくなる場
合にも対応できるように、補正電流値Ｉｒが基準ｗｌ流
値Ｉｓよりかなり少なくなるように設定されている。

この結果、ガバナ比例弁２３への電流値工は、例えば、
送風機１２の最小回転数Ｎｍ１ｎに対しては、電流値１
１〜工２の間で補正され、最大回転数Ｎ　ｍａｘに対し
ては、電流値工３〜Ｉ４の間で補正される。

空燃比補正部４６は、サーモカップル１５の検知温度に
応じた出力電圧Ｖを基準電圧Ｖｓあるいは初期基準電圧
Ｖｐと比較して燃料供給量の補正量を決定し、その補正
量によって比例弁制御部４５の基準電流値Ｉｓを補正す
るもので、サーモカップル１５の出力電圧■が各基準電
圧Ｖｓ、Ｖｐのときに前述の基準電流値Ｉｓをガバナ比
例弁２３へ与え、サーモカップル１５の出力電圧■が基
準電圧Ｖｓに対して高い場合には、燃料供給量を減らす
ように補正量を決定し、逆に低い場合には、燃料供給量
を増やすような補正量を決定する。

基準電圧Ｖｓは、バーナプレート１１の温度が十分に高
くなった定常燃焼時において、適正な空燃比が得られる
ように、燃焼量に対応してそれぞれ予め決められた電圧
値で、第５図の実線りに示すとおり、燃焼量が大きいほ
ど高い基準電圧Ｖｓが決められ、点火後、所定時間ｔａ
（例えば４分間）のタイマ部４６ａの作動が終了した後
の基準値とされるものである。

一方、初期基準電圧Ｖｐは、点火後、ｃｏｌｄ時の点火
初期において、燃料供給量が過剰にならず、速やかに減
少できるようにするために設定されたもので、タイマ部
４６ａの作動中における基準値として設定されている。

初期基準電圧Ｖｐは、第５図の破線Ｅに示すとおり、基
準電圧Ｖｓよりも低く設定されていて、以下、第１図に
示すとおり変化する。

点火とともにタイマ部４６ａの計時が開始され（ステッ
プ１）、サーモカップル１５の出力電圧■が、その燃焼
量における基準電圧Ｖｓより低い場合には（ステップ２
においてＹ、ＥＳ）、タイマ部４６ａによって計時され
る点火後の経過時間ｔに応じて初期基準電圧Ｖｐが算出
される（ステップ３）。このステップ３は、所定時間ｔ
ａが経過するまで（ステップ４においてＮｏ＞　、出力
電圧Ｖが基準電圧Ｖｓより低い限り繰り返される。

従って、初期基準電圧Ｖｐは、第５図の矢印Ｆに示すと
おり、徐々に高く変更されて次第に基準電圧Ｖｓに近付
く。

所定時間ｔａが経過すると（ステップ４においてＹＥＳ
）’、初期基準電圧Ｖｐの算出は終り、基準電圧Ｖｓが
基準値になる（ステップ５）。

一方、点火後、所定時間ｔａが経過する前に、例えば給
湯量の変更や設定温度の変更によって、温調制御部４２
で決定される燃焼量が変化して、燃焼量が小さくなった
場合には、サーモカップル１５の出力電圧Ｖは、変更後
の燃焼量における初期基準電圧Ｖｐに対して高くなるこ
とがある。

この場合に、空燃比の補正が、変更後の燃焼量における
初期基準電圧Ｖｐに基づいて行われると、出力電圧■と
初期基準電圧Ｖｐとの差が大きすぎるため、燃焼用空気
に対する燃料供給量が少なくなって不足し、適正な空燃
比が維持されないため、燃焼性の悪い燃料ガスでは、炎
がリフトしであるいは失火する場合が生じる。

そこで、サーモカップル１５の出力電圧Ｖが基準電圧Ｖ
ｓより高くなった場合には（ステップ２においてＮＯ）
、その時点でタイマ部４６ａの作動を終了させてしまい
（ステップ６）、以後の空燃比補正は基準電圧Ｖｓを基
準値として行われる（ステップ５）、これにより、その
まま、初期基準電圧Ｖｐに基づいて空燃比補正が行われ
る場合と比較して、早く適正な空燃比に補正される。

従って、サーモカップル１５の出力電圧■が同じであっ
ても、燃焼量あるいは点火後の経過時間ｔに応じて、そ
れぞれ異なった燃料補正量が決定され、それによって燃
料ガスは増加されたり減少されたりする。

次に以上の構成からなる本実施例のガス給湯器１の作動
を第６図を参考に説明する。

時間ｔ１に、使用者が、図示しない水栓を操作して給湯
を開始して通水が検知されると、所定のシーケンスで点
火制御が行われ、タイマ部４．６　ａの計時が開始され
る。

この点火制御では、送風機１２には温調制御部４２で決
定される燃焼量Ｑ１に応じた電圧が印加される。また、
ガバナ比例弁２３には、送風［１２の回転数Ｎに応じた
点火用電流値が通電される。

着火後の空燃比補正では、決定された燃焼量Ｑ１におけ
る初期基準電圧Ｖｐｌが経過時間ｔに応じて算出され、
実線Ｇに示すとおり、徐々に高く変更され、それに基づ
いて空燃比補正が行われる。

一方、サーモカップル１５の出力電圧■は、−点鎖線Ｈ
に示すとおり、初期基準電圧Ｖｐｌに対して低いため、
燃料ガスは、実線Ｊに示すとおり、決定された燃焼ＩＱ
１に対応した供給量Ｐ１よりも多く供給される。

サーモカップル１５の出力電圧Ｖは、バーナプレート１
１の温度」−昇とともに次第に上昇し、時間ｔ２に、初
期基準電圧Ｖｐｌに↑ＩＩ達すると、燃料ガスの供給量
は減少する。

以後、決定される燃焼量が、実線Ｋに示すとおり、所定
時間ｔａが経過するまで変化しない場合には、徐々に高
くなる初期基準電圧Ｖｐｌに基づいて空燃比補正が行わ
れ、時間ｔ３に、所定時間ｔａが経過すると、燃料補正
量を決定するための基準値は、基準電圧Ｖｓｌに固定さ
れ、以後、サーモカップル１５の出力電圧■は、基準電
圧Ｖｓ１と比較され、その差に応じて燃料補正量が決定
される。

一方、所定時間ｔａが経過する前の時間ｔｘに、破１１
１Ｌに示すとおり、例えば流量変更等によって決定燃焼
量が燃焼量Ｑ２に変化した場合には、サーモカップル１
５の基準値は、初期基準電圧Ｖｐ２に変更される。また
、所定時間ｔａ計時後の基準値は基準電圧Ｖｓ２に変更
される。

このとき、サーモカップル１５の温度は十分に高くなっ
ていて、出力電圧Ｖは、破線Ｍに示す変更後の基準電圧
ＶＳ２よりも高くなっているため、タイマ部４６ａの作
動は終了し、基準電圧Ｖｓ２を基準値として空燃比補正
が行われ、二点頷線Ｏで示される初期基準電圧Ｖｐ２に
よる補正は行われない。

この結果、サーモカップル１５の出力電圧■は、−点鎖
線Ｔのように下降し、破線Ｒに示すとおり、適正な空燃
比が早く得られる燃料ガスが供給され、変更後の燃焼量
Ｑ２に対応する燃料供給量Ｐ２に対して大きく不足する
ことがなく、安定した燃焼が行われる。

以上のとおり、本実施例では、サーモカップル１５の応
答遅れによる影響を受けることなく、サーモカップル１
５の温度が低くても、燃料供給量を減らすことができる
。

従って、空燃比が一定の基準電圧に基づいて補正される
従来の燃焼制御装置に比べて、燃料供給量を、早く決定
された燃焼量に対応した量付近まで確実に減らすことが
できる。

また、点火初期と定常燃焼時とでは、基準温度が異なり
、空燃比の補正幅を広くすることができるため、燃焼性
の悪い燃料でも燃焼状態が安定する。従って、共鳴音等
の騒音が発生することが少なく、またバーナプレートの
赤熱を防止することができる。

さらに、点火後の燃焼量が、変更されて小さくなった場
合にも、変更後の燃焼量に応じた適切な空燃比補正が行
われるため、安定した燃焼が得られ、リフト、失火等を
生じない。

本実施例では、給湯器ケース内にバーナプレートを配し
て、その温度を検知するようにしたが、バーナプレート
を設けない燃焼器においても、バーナの温度を検知すれ
ば、同様に制御することができる。

本実施例では、ガス給湯器を示したが、暖房機でもよく
、加熱源はガスに限定されず、石油等による燃焼機器で
もよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例の作動説明のための流れ図、第２図は
本実施例のガス給湯器の構成を示す概略図、第３図は本
実施例のガス給湯器の制御装置の機能構成を示すブロッ
ク図、第４図は本実施例におけｔ送風機の回転数とガバ
ナ比例弁の電流値との関係を示す特性図、第５図は本実
施例の空燃比補正における基準値を示す特性図、第６図
は本実施例における作動説明のためのタイムチャート、
第７図は従来の燃焼制御装置における送風機の回転数と
ガバナ比例弁の電流値との関係を示す特性図、第８図は
従来の燃焼制御装置における作動を示すタイムチャート
である。 図中、１０・・・給湯器ケース（ケーシング）、１１・
・・バーナプレート（バーナ）、１２・・・送風機、１
５・・・サーモカップル（温度検知手段）、２０・・・
燃料管（燃料供給路）、２３・・・ガバナ比例弁（燃料
調節弁）、４０・・・制御装置（燃焼制御装置）、４６
・・・空燃比補正部（空燃比補正手段）、４６ａ・・・
タイマ部（計時手段）。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ケーシング内にバーナを配し、該バーナへの燃料供
   給路中に燃料調節弁を設けるとともに、前記バーナへ燃
   焼用空気を供給するための送風機を設け、目標加熱量に
   応じて前記燃料調節弁および前記送風機を制御するとと
   もに、前記バーナの温度を検知する温度検知手段と、基
   準温度に対する前記温度検知手段の検知温度に応じて前
   記バーナへの燃料供給量の補正量を決定する空燃比補正
   手段とを備えた燃焼制御装置において、 前記空燃比補正手段は、点火後の所定時間を計時する計
   時手段を備え、該計時手段の作動中には、前記基準温度
   より低く設定された初期基準温度に基づいて燃料供給量
   を補正するとともに、前記検知温度が前記初期基準温度
   より高くなった場合には、前記計時手段の作動を終了さ
   せることを特徴とする燃焼制御装置。