JPH0745931B2 - バ−ナの空燃比制御装置 - Google Patents

バ−ナの空燃比制御装置

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JPH0745931B2
JPH0745931B2 JP61212250A JP21225086A JPH0745931B2 JP H0745931 B2 JPH0745931 B2 JP H0745931B2 JP 61212250 A JP61212250 A JP 61212250A JP 21225086 A JP21225086 A JP 21225086A JP H0745931 B2 JPH0745931 B2 JP H0745931B2
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慶一 森
博久 今井
克彦 山本
勝蔵 粉川
康 平田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ガスや石油等を燃料とする燃焼機器における
空燃比の制御に関するものである。
従来の技術 近年、ガスや石油を燃料として燃焼させる時、燃料と空
気量の混合比、つまり空燃比を最適に制御して不完全燃
焼を防ぎ、さらには窒素酸化物(NOx)の発生を少なく
したクリーン燃焼への要望が高まりつつある。
この空燃比制御は、バーナの燃焼状態を検出し、これを
一定に維持するように燃焼空気量、あるいは燃料供給量
を制御する手段が最良であり、過去から種々の方式のも
のが提案されている。
例えば特開昭51−31533号公報のものは、第4図に示す
ように、燃焼状態の検知センサとして、火炎に挿入した
電極棒により炎イオン電流を検出するフレームロッドを
用い、この炎イオン電流に応じて空燃比を制御する手段
のものである。
第4図では燃料として灯油を使用し、これを気化室1で
気化して混合室2で送風機3からの空気と混合し、燃焼
室4で火炎5を形成して燃焼する。制御回路6は燃料油
を供給する燃料ポンプ7、および送風機3を駆動制御す
る。同時に火炎5に挿入され、燃焼室4とガイシ8によ
り絶縁されてフレームロツド9が配され、燃焼室4との
間に流れる炎電流Ifを制御回路6で計測し、この炎電流
Ifに応じて燃料ポンプ7の駆動量を制御する構成として
いる。
炎電流Ifは空燃比と一定の相関を持ち、一般に空燃比m
=1近傍をピークとする上に凸のカープを示す。従って
炎電流Ifが一定の値となるように燃料供給量、あるいは
空気量を制御することにより空燃比の制御が可能とな
る。ここで空燃比m=1ということは燃料が完全燃焼す
るために必要な理論空気量を供給する状態を言い、m>
1の時は空気過剰、m<1の時は燃料過剰となる。バー
ナに応じて最良の燃焼状態を得るための空燃比mの値が
定まる。
発明が解決しようとする問題点 ここで空燃比mのばらつき要因としては燃料ポンプや燃
料通路のばらつきにより供給燃料の量が変化する場合、
あるいは燃焼空気供給用送風機のばらつき、あるいは外
気温度や酸素濃度等の外因によるもの等が考えられる。
第4図の構成では炎電流Ifにより空燃比のフィードバッ
ク制御を行なうため、これ等のばらつきを全て補正して
空燃比を一定に保持する。
ここで炎電流Ifは、空燃比mと相関が有ることを述べた
がこれは、燃焼が安定した時の場合であり燃焼が安定す
る前、例えばバーナに着火した直後等は、火炎が安定す
るまでに数分を要し、この間の炎電流Ifは不安定となり
空燃比の制御はかからない。制御回路は、設計された空
燃比を保つように出力するが、この間に前述のばらつき
要因があれば、そのまま空燃比のばらつきとなり、過渡
的に不完全燃焼となったり、最悪は失火や逆火を発生す
ることが有り得る。
問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するために、燃料を燃焼する
バーナと、このバーナへの燃料の供給量を制御する燃料
制御手段と、燃焼手段を供給する給気手段と、バーナの
燃焼状態を検知する燃焼センサと、燃料制御手段および
給気手段を駆動制御するコントローラからなり、このコ
ントローラはバーナ着火時の着火制御や消火時の消火制
御など予め定められた燃焼シーケンスに従って運転制御
するシーケンス制御部と、バーナが燃焼中に燃焼センサ
からの信号に応じて給気手段あるいは燃焼制御手段を補
正制御する空燃比制御部と、この空燃比制御部による補
正制御量を記憶する記憶手段と、バーナの燃焼開始後に
燃焼センサの出力が安定するまでの間に記憶手段の記憶
値からの信号によりバーナの空燃比制御をする初期制御
回路とからなる構成とした。
作用 上記構成により、バーナの着火直後の燃焼が安定して燃
焼センサが正常な出力を出す前には、前回の燃焼時の空
燃比制御による補正制御量を記憶した記憶部の出力に従
って燃料制御手段、あるいは給気手段に出力するため、
一度燃焼させればその時に各機能部品のばらつきや燃焼
機の環境状態により最適条件を学習し、これに基づいて
燃焼状態が不安定な着火初期に空燃比が大きくずれるこ
とを防ぐという作用を有する。
実施例 以下、本発明のバーナの空燃比制御装置の実施例を図を
用いて説明していく。尚、実施例では灯油を燃料として
燃焼し、室内を暖房する石油フィンヒータを例にして説
明していく。
第1図で、燃料灯油は燃料タンク10から燃料ポンプ11に
より気化混合気12に導かれる。気化混合気12は予め電気
ヒータ(図示せず)等により予熱されているため灯油を
気化する。また送風機13から供給した燃焼空気と混合さ
れ、バーナ14で燃焼する。バーナ14で燃焼した燃焼排気
は対流用ファン15により室内空気と混合して室内に放出
し、室内の瞬房を行なう。16はバーナの燃焼火炎に挿入
されたフレームロッドで、炎イオン電流Ifによりバーナ
14の燃焼状態をコントローラ17の炎電流検知部18で検知
する。
シーケンス制御部19は以上のような気化器のオンオフ制
御やバーナ14の着火時の対流用ファン15や点火器(図示
せず)の駆動タイミング、あるいは消火時の燃料ポンプ
11が送風機13のオンオフタイミング等の予め定められた
燃焼シーケンスに従ってバーナ14の燃焼を制御するため
に燃料ポンプ11を駆動制御するポンプ駆動部20や送風機
13を駆動制御するモータ駆動部21等に信号を出力する。
今、バーナ14がポンプ駆動部20の出力により一定の燃焼
量で燃焼している場合にフレームロッド16で検出する炎
電流Ifは第2図の特徴を示す。第2図は横軸に燃焼空気
量Q、縦軸に炎電流Ifを示し、燃焼量Qをパラメー
タにして示す。図で燃焼量QF2の時に空気量QA0の状態
が空燃比m=1の状態であり、この例ではQA2の状態が
最良の燃焼状態であるとしている。つまり空燃比m>1
で燃焼させているとし、例えばm=1.5であるとする。
燃焼量がQF2であり空気量がQA2よりも少ないQA4であ
った場合m<1.5となり炎電流IfはIf1となり目標値I
f0よりも大きくなる。このため、If=If0となるまで空
気量QAを増加させてm=1.5に戻す。以上の制御を空燃
比制御部22で行ない、本実施例ではm=1.5に戻すため
の空気量QAの変化量ΔQAが補正制御量として出力され
る。反対に空気量が多くてQA5であった時はm>1.5で
=If2となり、空気量を減らしてIf0になるように
制御する。また、燃焼量がQF2よりも大きいQF1であっ
た時は空気量がQF2ではm<1.5となり炎電流はIf3
なってしまう。従ってI=If0となる空気量QA1まで
空気量を補正しm=1.5にする。反対に燃焼量がQF3
時には炎電流はIf4となり空気量を減じてQA3にすると
炎電流I=If0となる。以上の制御を第1図の空燃比
制御部22で行ない、必要な送風量Qをモータ駆動部21
で送風機13の回転数に変換して送風機13を制御し、空燃
比m=1.5を保つものである。空燃比制御はこの方法以
外に炎電流Iが一定になるように燃料の供給量を制御
する方法であっても良い。また、ポンプ駆動部20での供
給燃焼量Qに応じて炎電流設定値If0の値を可変する
構成でもよい。さらに燃焼状態の検知は炎電流Iの信
号以外、例えばバーナ14の温度信号、あるいは燃焼状態
を検出する化学式の燃焼センサの信号等でも同様の働き
が得られる。
ここでは第2図で説明した空燃比制御の例で話を進め
る。今、目標燃焼量QF2に対して燃料ポンプ11のばらつ
きによりQF1であったとする。従って空気量は標準値Q
A2よりも多いQA1が必要となる。このΔQ=QA1−Q
A2が空燃比の補正量となり、記憶部23に記憶される。
記憶部23に記憶された補正量ΔQの値は、燃焼を停止
した後も記憶され続け、次に燃焼を開始した時に初期の
火炎が不安定で空燃比制御部22が動作しない時にシーケ
ンス制御部19が初期制御回路24を記憶部23側に切替え、
記憶部23で記憶したΔQに従った空気量QA1で燃焼さ
せる。空気量QA1は前回に燃焼させた時に空燃比制御部
22で求めた値であるため、今回空燃比mが1.5から大き
くくずれることはない。火炎が安定後はシーケンス制御
部19は初期制御回路24からの信号を空燃比制御部22に切
替えて、通常の空燃比制御に応じたQAの値でバーナ14を
燃焼させる。従って初期制御回路24はシーケンス制御部
19の信号により、バーナ燃焼開始後一定時間記憶部23の
信号で空燃比を定め、その後は燃焼状態に応じた通常の
空燃比制御に切替えるスイッチの役割を果たすものであ
る(第1図のブロック図参照)。この時、新しい補正値
ΔQを記憶部23に学習記憶する。
ここでバーナ14が全く初めて燃焼させる時、つまり前回
の記憶値ΔQが記憶部23にない時は記憶部23は予め設
定された空気量、つまり第2図では標準燃焼量QF2の時
の空気量QA2により燃焼するように設定されている。こ
の時には点火初期の空燃比は設計値よりもずれるが一度
燃焼すれば、学習して記憶部23に記憶されるため、次回
からは正常な空燃比に制御される。
補正量ΔQは、ポンプ11、および送風機13のばらつき
と、室温や室内の酸素濃度等の外因により変化する。記
憶部23で記憶する値は室内が酸素欠乏状態等、異常時の
値を記憶すると、次回に正常な条件で燃焼させた時に不
具合を生じる。従って、第1図ではタイマ部25により、
バーナ14が燃焼開始し、燃焼状態が安定するまでの定め
られた時間経過した後の補正量ΔQを記憶し、その後
のΔQの変化は記憶しない構成としている。これは燃
焼開始直後が、酸素欠乏もなく外部条件が一番安定して
いる確立が高いためである。この構成により記憶部23に
記憶される記憶値はポンプやモータのばらつき等の初期
条件によるばらつきのみを補正する値を記憶可能とな
る。
第3図に以上の動作をするコントローラ17をマイクロコ
ンピユータで実現した場合のフロー図を示す。第1図に
対応した動作を行なうブロックに同一記号を印す。尚、
記憶値の修正は、運転直後の毎回行なわずに、一度記憶
された場合に、マイコンの電源がなくなる等でこの記憶
が消えるまで同一の記憶値を使用する方法であっても良
い。この場合、記憶部を不揮発性メモリーを使用する構
成にすれば、工場出荷時に記憶値を記憶させればユーザ
では常に最適空燃比が保たれることになる。
本実施例では石油ファンヒータを例に説明したがガス燃
料の場合はポンプ11に替えてガス量制御弁を使用すると
同等の効果が得られる。またファンヒータ以外の燃焼器
であっても広く応用可能である。
発明の効果 以上説明したように本発明のバーナの空燃比制御装置は
次のような効果を持つ。
(1) バーナの燃焼開始直後の燃焼が不安定な状態で
空燃比制御がかからない時に、前回の燃焼時に学習記憶
した空燃比補正量に基ずき、燃料あるいは空気量を制御
するため、ポンプや送風機のばらつきがあっても空燃比
は設定値に保たれ、異常燃焼や有害排ガスの発生を防
ぐ。
(2) 一度燃焼させれば機器が自動的に学習して最適
点を求める構成があるため、部品の初期ばらつきの管理
工数が省ける。
(3) 同様に毎回燃焼時に記憶値を修正するため、例
えばポンプの劣化や空気通路のホコリつまり等部品の特
性が経時的に変化しても、これに応じた最適値を追従す
るため常に最適空燃比が保たれる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すバーナの空燃比制御装
置のブロック図、第2図は同装置の制御動作を説明する
特性図、第3図は第1図の構成をマイクロコンピュータ
で表現するフローチャート、第4図は従来例を説明する
構成図である。 11……燃料ポンプ(燃料制御手段)、13……送風機(給
気手段)、14……バーナ、16……フレームロッド、17…
…コントローラ、19……シーケンス制御部、22……空燃
比制御部、23……記憶部(記憶手段)、24……初期制御
回路、25……タイマ回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 粉川 勝蔵 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 平田 康 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料を燃焼するバーナと、このバーナへの
    燃料の供給量を制御する燃料制御手段と、燃焼空気を供
    給する給気手段と、バーナの燃焼状態を検知する燃焼セ
    ンサと、前記燃料制御手段および給気手段を駆動するコ
    ントローラからなり、前記コントローラは着火制御や消
    火制御など予め定められた燃焼シーケンスに従って運転
    制御するシーケンス制御部と、前記バーナが燃焼中の燃
    焼センサからの信号に応じて前記給気手段あるいは燃料
    制御手段を補正制御する空燃比制御部と、前記空燃比制
    御部による補正制御量を記憶する記憶手段と、前記バー
    ナの燃焼開始後に燃焼センサの出力が安定するまでの間
    に前記記憶手段の記憶値からの信号によりバーナの空燃
    比制御をする初期制御回路とからなるバーナの空燃比制
    御装置。
  2. 【請求項2】記憶手段は、バーナの燃焼を開始後予め定
    められた時間経過後の空燃比制御部からの補正制御量を
    記憶するタイマ回路を有する特許請求の範囲第1項記載
    のバーナの空燃比制御装置。
JP61212250A 1986-09-09 1986-09-09 バ−ナの空燃比制御装置 Expired - Lifetime JPH0745931B2 (ja)

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