JPH0251091B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0251091B2 JPH0251091B2 JP7014484A JP7014484A JPH0251091B2 JP H0251091 B2 JPH0251091 B2 JP H0251091B2 JP 7014484 A JP7014484 A JP 7014484A JP 7014484 A JP7014484 A JP 7014484A JP H0251091 B2 JPH0251091 B2 JP H0251091B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- flame
- air
- fuel ratio
- optical sensor
- speed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
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)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Control Of Combustion (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
であつた。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
のとはいえないものであつた。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
であつた。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
のとはいえないものであつた。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、火炎の炎速度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、火炎の炎速度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を介して複数の光電変
換素子からなる光学センサ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、信号処理回路６に入力され
る。この信号処理回路６は、この火炎の電気信号
に演算を施し、火炎の炎速度を検出する機能を有
する。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。燃料と
してのガスは、ガス圧力制御弁７により一定圧力
とされて供給される。なお、この実験において燃
料は都市ガスを用いている。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、縦軸は信号処理回路により求められた火炎の
炎速度である。データが縦長の棒で記録されてい
るのは実験のバラツキを示している。
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を介して複数の光電変
換素子からなる光学センサ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、信号処理回路６に入力され
る。この信号処理回路６は、この火炎の電気信号
に演算を施し、火炎の炎速度を検出する機能を有
する。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。燃料と
してのガスは、ガス圧力制御弁７により一定圧力
とされて供給される。なお、この実験において燃
料は都市ガスを用いている。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、縦軸は信号処理回路により求められた火炎の
炎速度である。データが縦長の棒で記録されてい
るのは実験のバラツキを示している。
この第２図のデータからわかるように、空燃比
η＜1.1の領域では、空燃比の値の減少とともに、
炎速度も減少していることがわかる。これから、
火炎の炎速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、火炎の炎速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。
η＜1.1の領域では、空燃比の値の減少とともに、
炎速度も減少していることがわかる。これから、
火炎の炎速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、火炎の炎速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。
次に本発明を構成する火炎の炎速度を検出する
手段について説明する。非接触で被測定対象の速
度を検出する方法としては相互相関を使う方法が
よく知られている。この方法を炎速度検知に適用
する実施例を第３図に示す。光学センサ４は火炎
２の流れに沿つて所定の距離ｌだけ離されて配置
された２個の光電センサ４ａ，４ｂより構成され
る。火炎２は定速度ｖで動いていることから、こ
の２個の光電センサ４ａ，４ｂの出力信号U1，
U2の波形はほとんど同じであるが、後流の光電
センサ４ｂの出力信号U2はΔt∝ｌ／ｖの時間だ
け遅れることになる。これから、次式で定義され
る相互相関関数φ12 φ12＝１／Ｔ∫T 0 U1（ｔ）U2（ｔ＋τ）dt ………(1) が最大となる時間差τ0を求めれば ｖ∝ｌ／τ0 ………(2) より炎速度ｖが検知されるものである。φ12の最
大値は、相関関数の微分dφ12／dτが． dφ12／dτ＝１／Ｔ∫T 0U1（t1−τ）U2′（t1）dt1＝
０ ………(3) となるτ0で達成される。このτ0を求める回路構成
を第３図に信号処理回路６として示す。この回路
は公知技術であるので動作の説明は省略するが、
Ｖ／Ｆコンバータの周波数出力ｆが炎速度ｖと比
例するので、炎速度が検出できることになる。
手段について説明する。非接触で被測定対象の速
度を検出する方法としては相互相関を使う方法が
よく知られている。この方法を炎速度検知に適用
する実施例を第３図に示す。光学センサ４は火炎
２の流れに沿つて所定の距離ｌだけ離されて配置
された２個の光電センサ４ａ，４ｂより構成され
る。火炎２は定速度ｖで動いていることから、こ
の２個の光電センサ４ａ，４ｂの出力信号U1，
U2の波形はほとんど同じであるが、後流の光電
センサ４ｂの出力信号U2はΔt∝ｌ／ｖの時間だ
け遅れることになる。これから、次式で定義され
る相互相関関数φ12 φ12＝１／Ｔ∫T 0 U1（ｔ）U2（ｔ＋τ）dt ………(1) が最大となる時間差τ0を求めれば ｖ∝ｌ／τ0 ………(2) より炎速度ｖが検知されるものである。φ12の最
大値は、相関関数の微分dφ12／dτが． dφ12／dτ＝１／Ｔ∫T 0U1（t1−τ）U2′（t1）dt1＝
０ ………(3) となるτ0で達成される。このτ0を求める回路構成
を第３図に信号処理回路６として示す。この回路
は公知技術であるので動作の説明は省略するが、
Ｖ／Ｆコンバータの周波数出力ｆが炎速度ｖと比
例するので、炎速度が検出できることになる。
非接触で被測定対象の速度を検出する他の方法
としては、空間フイルタセンサを使う方法がよく
知られている。空間フイルタは第４図に示すよう
に、平面上に規則正しく配置される光量センサ４
ａ，４ｂで構成されるものであり、いわば空間周
波数領域での狭帯域のバンドパスフイルタを形成
するものである。この方法を炎速度検知に適用す
る実施例を第５図に示す。速度ｖをもつて移動し
ている火炎２の画像のムラである空間周波数は、
空間フイルタ１１の配列ピツチＰにより選択さ
れ、空間フイルタ１１を構成する光電センサ４
ａ，４ｂにより中心周波数fcの電気信号に変換さ
れるのである。ｖ、ｐ、fcの間には理論的に、 Ｖ∝ｐ・fc の関係があることから、空間フイルタ１１を構成
する光電センサ４ａ，４ｂの電気出力の周波数fc
を、差動アンプ１２、アンプ１３、ハイパスフイ
ルタ１４、PLL回路１５等からなる信号処理回
路により検知すれば被測定物の速度ｖを求めるこ
とができることになる。なお、第２図に示す実験
データの炎速度は、第３図の相互相関による炎速
度検出の実施例で求めたものである。
としては、空間フイルタセンサを使う方法がよく
知られている。空間フイルタは第４図に示すよう
に、平面上に規則正しく配置される光量センサ４
ａ，４ｂで構成されるものであり、いわば空間周
波数領域での狭帯域のバンドパスフイルタを形成
するものである。この方法を炎速度検知に適用す
る実施例を第５図に示す。速度ｖをもつて移動し
ている火炎２の画像のムラである空間周波数は、
空間フイルタ１１の配列ピツチＰにより選択さ
れ、空間フイルタ１１を構成する光電センサ４
ａ，４ｂにより中心周波数fcの電気信号に変換さ
れるのである。ｖ、ｐ、fcの間には理論的に、 Ｖ∝ｐ・fc の関係があることから、空間フイルタ１１を構成
する光電センサ４ａ，４ｂの電気出力の周波数fc
を、差動アンプ１２、アンプ１３、ハイパスフイ
ルタ１４、PLL回路１５等からなる信号処理回
路により検知すれば被測定物の速度ｖを求めるこ
とができることになる。なお、第２図に示す実験
データの炎速度は、第３図の相互相関による炎速
度検出の実施例で求めたものである。
本発明は、炎速度と空燃比に一定の相関関係が
あることを利用して炎速度から空燃比を検出しよ
うとする装置であるが、炎速度は空燃比のみなら
ず燃料であるガスの供給圧力にも関係する。これ
から本発明の実施例としては、ガスの供給圧力を
圧力制御弁にて一定にして供給圧力の影響を取り
除く方法の他に、圧力制御弁を用いないで炎速度
を検出し、半導体圧力センサ等により検出できる
供給圧力値をもつて炎速度を、 炎速度≡測定される炎速度／供給圧力値 と規格化し、この炎速度をもつて空燃比を検出す
る方法をとることで、供給圧力の影響を取り除く
ことも可能である。
あることを利用して炎速度から空燃比を検出しよ
うとする装置であるが、炎速度は空燃比のみなら
ず燃料であるガスの供給圧力にも関係する。これ
から本発明の実施例としては、ガスの供給圧力を
圧力制御弁にて一定にして供給圧力の影響を取り
除く方法の他に、圧力制御弁を用いないで炎速度
を検出し、半導体圧力センサ等により検出できる
供給圧力値をもつて炎速度を、 炎速度≡測定される炎速度／供給圧力値 と規格化し、この炎速度をもつて空燃比を検出す
る方法をとることで、供給圧力の影響を取り除く
ことも可能である。
以上のように本発明によれば、空燃比を検出す
る手段として炎速度を利用するようにしたので、
光学センサと信号処理回路を組合わせただけの単
純な構成で確実に検出することができる。また検
出は非接触で行われるので、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で
安定性および寿命の点で著るしく有利であり、応
答性も速いなどの効果が得られる。
る手段として炎速度を利用するようにしたので、
光学センサと信号処理回路を組合わせただけの単
純な構成で確実に検出することができる。また検
出は非接触で行われるので、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で
安定性および寿命の点で著るしく有利であり、応
答性も速いなどの効果が得られる。
第１図は本発明のための基礎実験装置のブロツ
ク構成図、第２図は第１図の装置による実験で得
られた空燃比と炎速度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
ブロツク図、第４図は空間フイルタを構成する光
電センサの配置を示す説明図、第５図は本発明の
他の実施例による空燃比検出装置のブロツク図で
ある。 ２……火炎、３……レンズ、４……光学セン
サ、４ａ，４ｂ……光電センサ、６……信号処理
回路、１１……空間フイルタ、１２……差動アン
プ、１４……ハイパスフイルタ、１５……PLL
回路。
ク構成図、第２図は第１図の装置による実験で得
られた空燃比と炎速度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
ブロツク図、第４図は空間フイルタを構成する光
電センサの配置を示す説明図、第５図は本発明の
他の実施例による空燃比検出装置のブロツク図で
ある。 ２……火炎、３……レンズ、４……光学セン
サ、４ａ，４ｂ……光電センサ、６……信号処理
回路、１１……空間フイルタ、１２……差動アン
プ、１４……ハイパスフイルタ、１５……PLL
回路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 火炎の少なくとも２点でその光量の変化を検
出する光学センサと、この光学センサの出力から
火炎の炎速度を検出し、この炎速度から空燃比を
演算する信号処理回路とを備えた空燃比検出装
置。 ２ 上記光学センサは２つの光電センサからな
り、かつ上記信号処理回路は、上記２つの光電セ
ンサによつて検出された信号間の相関にもとづい
て炎速度を演算する機能を有するものである特許
請求の範囲第１項記載の空燃比検出装置。 ３ 上記光学センサは空間フイルタであり、かつ
上記信号処理回路は、上記空間フイルタによつて
選択された周波数にもとづいて空燃比を演算する
機能を有するものであ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 |
|---|---|---|---|
| JP7014484A JPS60213726A (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 |
|---|---|---|---|
| JP7014484A JPS60213726A (ja) | 1984-04-10 | 1984-04-10 | 空燃比検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60213726A JPS60213726A (ja) | 1985-10-26 |
| JPH0251091B2 true JPH0251091B2 (ja) | 1990-11-06 |
Family
ID=13423083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7014484A Granted JPS60213726A (ja) | 1984-04-10 | 1984-04-10 | 空燃比検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60213726A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62276326A (ja) * | 1986-05-26 | 1987-12-01 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 燃焼診断方法 |
| US4731438A (en) * | 1986-12-30 | 1988-03-15 | Union Carbide Corporation | Water treatment method for resin in a purge vessel |
-
1984
- 1984-04-10 JP JP7014484A patent/JPS60213726A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60213726A (ja) | 1985-10-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |