JPH10103660A

JPH10103660A - 酸素センサによるバーナの燃焼制御方法および装置

Info

Publication number: JPH10103660A
Application number: JP8255118A
Authority: JP
Inventors: Yukio Fukuda; 幸生福田; Tomohiko Nishiyama; 智彦西山; Kazuhisa Mitani; 和久三谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 1998-04-21
Anticipated expiration: 2016-09-26
Also published as: JP3080009B2

Abstract

(57)【要約】【課題】１つの酸素センサを用いて空気比制御と排気
中の未燃成分濃度チェックを行う。【解決手段】固体電解質２１を有する酸素センサ２０
の印加電圧を空気比制御用電圧（たとえば、０．７Ｖ）
と０Ｖ付近との間に切替え、印加電圧が空気比制御用電
圧にある時は空気比制御を行い、印加電圧が０Ｖ付近に
ある時は未燃成分チェックを行う酸素センサ２０による
バーナの燃焼制御方法および装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸素センサによる
バーナの燃焼制御方法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、特願平８−１２７１５８号
にて、バーナの燃焼制御を酸素センサを用いて行う方
法、装置を提案した。そこでは、排気に接触する部位に
ジルコニア固体電解質を有する酸素センサ（たとえば、
車載用酸素センサ）を設置し、酸素センサの出力電流値
によって排気中の酸素濃度を検出し、所定の酸素濃度に
なるように空気比を制御した。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の酸素セ
ンサを用いた燃焼制御方法、装置には解決すべきつぎの
問題がある。すなわち、酸素センサの従来の使用の仕方
では、酸素センサは排気中の酸素濃度だけを検出し、排
気中の一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）などの未
燃成分の濃度を検出することはできない。そのため、酸
素センサを用いて排気中の酸素濃度が所定値になるよう
に空気比制御が行われていても、排気中には許容量以上
に未燃成分が含まれているかもしれない。未燃成分の排
出を防止するには、酸素センサの他に排気中の未燃成分
の濃度を検出するシステムを設けなければならず、それ
だけの設備費が必要になる。本発明の目的は、単一の酸
素センサを用いて空気比制御と排気中の未燃成分濃度の
検出とを行うことができるバーナの燃焼制御方法とその
装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明はつぎの通りである。（１）固体電解質を有する酸素センサの印加電圧を０
Ｖ付近の未燃検出用電圧にした状態で、酸素センサの出
力電流に基づきバーナ燃焼の排気中の未燃成分濃度をチ
ェックする工程を有する酸素センサによるバーナの燃焼
制御方法。（２）固体電解質を有する酸素センサの印加電圧を空
気比制御用電圧と０Ｖ付近の未燃検出用電圧との間に切
替える工程と、印加電圧が空気比制御用電圧に切替えら
れている間は空気比制御を行い、印加電圧が未燃検出用
電圧に切替えられている間は未燃成分濃度をチェックす
る工程と、を有する酸素センサによるバーナの燃焼制御
方法。（３）酸素センサに燃焼反応による有機物が付着し出
力電流値が初期値から変化した場合には、クリーン状態
で酸素センサのヒータに通電して付着有機物を焼く
（１）または（２）記載の酸素センサによるバーナの燃
焼制御方法。（４）固体電解質を有する酸素センサと、酸素センサ
の印加電圧を空気比制御用電圧と０Ｖ付近の未燃検出用
電圧との間に切替える印加電圧切替手段と、印加電圧が
未燃検出用電圧にある状態で酸素センサのマイナスの出
力電流の大きさに基づいて排気中の未燃成分濃度をチェ
ックする未燃成分濃度チェック手段と、を有する酸素セ
ンサによるバーナの燃焼制御装置。（５）固体電解質を有する酸素センサと、酸素センサ
の印加電圧を空気比制御用電圧と０Ｖ付近の未燃検出用
電圧との間に切替える印加電圧切替手段と、印加電圧が
未燃検出用電圧にある時に酸素センサの負の出力電流の
大きさに基づいて排気中の未燃成分濃度をチェックする
未燃成分濃度チェック手段と、印加電圧が空気比制御用
電圧にある時に空気比制御を実行する空気比制御手段
と、を有する酸素センサによるバーナの燃焼制御装置。（６）酸素センサ出力に異常が生じているか否かを判
定し、異常が生じていれば酸素センサ再生を実行する酸
素センサ再生実行手段を有する（４）または（５）記載
のバーナの燃焼制御装置。

【０００５】従来の酸素センサを用いた空気比制御で
は、ジルコニア固体電解質をもつ酸素センサには必ず所
定の印加電圧がかけられる。しかし、本発明者等は、酸
素センサの印加電圧を０Ｖ付近にすると酸素センサの出
力電流が排気中の未燃成分の量に応じて変化することを
発見した。本発明は、この現象を利用して排気中の未燃
成分量を検出し、バーナの燃焼を制御する方法、装置を
提案するものである。上記（１）の方法および上記
（４）の装置では、空気比制御に用いるのと同じ酸素セ
ンサを用いて、印加電圧を０Ｖ付近にして酸素センサの
出力電流に基づいて排気中の未燃成分量の多少を検出
し、排気中の未燃成分をチェックする。したがって、特
別な未燃成分センサは不要である。上記（２）の方法お
よび上記（５）の装置では、酸素センサによる空気比制
御を行う場合、所定の時間間隔毎に酸素センサの印加電
圧を０Ｖ付近に切替え、未燃成分をチェックする。した
がって、１つの酸素センサを用いて、空気比制御と未燃
成分チェックとを行うことができる。上記（３）の方法
および上記（６）の装置では、使用中に未燃成分が酸素
センサに付着して誤検出や性能低下が生じることを防止
するために、酸素センサがもつヒータを利用して付着し
ている未燃成分を焼いてしまい、酸素センサを再生す
る。これにより長期にわたってバーナ燃焼の制御の信頼
性を維持することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】まず、空気比制御用電圧の印加電
圧下での酸素濃度検出原理と、０Ｖ付近の未燃検出用電
圧下での未燃成分検出原理とを、以下に説明する。ま
ず、空気比制御用電圧の印加電圧下での酸素濃度検出原
理を、図１〜図３を参照して説明する。燃料ガスリーン
領域で、ある一定値（たとえば、６５０℃）以上の温度
条件下で、ジルコニア固体電解質２１に電圧を印加し強
制的に電流を流すと、図１の上半分のリーン領域に示す
ように、固体電解質２１を通して陰極から陽極側にＯ^2-
イオンの移動が起こる（図１中、ｉはＯ^2-イオンの移動
による電流を示す）。このＯ^2-イオンの移動は（図４の
電流検出器３によって）電流値として検出され、印加電
圧の増加にともなって直線的に増加する。しかし、陰極
側に拡散層２４を設けて酸素分子の拡散を律速すると、
印加電圧を増加させても、出力電流値が一定値で飽和す
る特性を示す（図３の左側半分を参照）。そして出力電
圧が飽和する領域において、印加電圧一定（Ｖ₀、たと
えば０．７Ｖ）の場合、酸素濃度と飽和出力電流値はほ
ぼリニアの関係にある（図３の右側半分を参照）。

【０００７】したがって、一定の印加電圧をかけた場合
に、酸素センサが出力する電流値を所定の電流値に制御
すれば（電流値が所定値より大のときはエアの供給を絞
り、電流値が所定値より小のときはエアの供給を増やす
ことにより）排気中の酸素濃度を目標値に制御できる。
この酸素センサの特性を利用して空気比制御を行うこと
ができる。ただし、空気比制御の場合は一定の印加電圧
を酸素センサにかけて出力電流が飽和した領域を用いる
ことが必要である。

【０００８】つぎに未燃成分検出原理を説明する。燃料
ガスリッチ領域では、図１の下半分のリッチ領域に示す
ように、排気ガス中には酸素分子はなく、排気ガス中に
は未燃成分であるＨＣ、Ｈ₂、ＣＯ等が含まれている。
燃料ガスリーン領域の場合と同じ条件でテストすると、
固体電解質２１を通して陽極から陰極側にＯ₂イオンの
移動が起こり、起電力Ｖ₁が生じる。このＯ₂イオンの
移動は燃料ガスリーンの場合と逆向きに生じるので、Ｖ
₁＞Ｖの時、電流ｉの向きも逆になり、図２の印加電圧
Ｖ−電流ｉの特性で、図２のｉが負の領域に示したよう
な特性（空燃比Ａ／Ｆが１４、１２に対応）となって表
れる。

【０００９】バーナ燃焼の場合は、上記の燃料ガスリー
ンの状態および燃料ガスリッチの状態と異なる。バーナ
燃焼は空気比（完全燃焼するときを空気比１とする）を
１より大にして行うので、バーナ燃焼の排気ガス中に
は、Ｏ₂とＨＣ、Ｈ₂、ＣＯ等が含まれており、図１の
下半分の場合にさらにＯ₂が含まれた状態にある。この
場合、燃料ガスリーン領域の場合と同じ条件でテストす
ると、図２において、Ｖ−ｉ特性が若干下がった特性
（一点鎖線の特性）となって表れることが発明者により
認められた。この下がり分δが未燃成分の効果である。
δは、未燃成分の量が多い程大となる。しかし、この一
点鎖線の特性においては、印加電圧（０．７Ｖ）が一定
の領域において、Ｖ−ｉ特性の下がり分δが空燃比Ａ／
Ｆが低下したために生じたものか、排気ガス中にＨＣ、
Ｈ₂、ＣＯが含まれているために生じたものかを判別す
ることができない。したがって、従来の印加電圧一定で
のＶ−ｉ特性を未燃分の検出、制御に使用することがで
きないことになる。

【００１０】しかし、印加電圧を０（印加電圧を０にす
るということは印加電圧を切ることに等しい）または０
付近にすると、そのＶ−ｉ特性は排気ガス中のＨＣ、Ｈ
₂、ＣＯなどの未燃成分量の検出に使用することができ
ることが発明者により発見された。その理由は次の通り
である。図２において、排気中にＯ₂が存在する領域
（ほぼ、電流ｉが正の領域に等しい）において、空燃比
Ａ／Ｆが変化しても、Ｖ−ｉ特性線は常に０点（原点）
を通り、０Ｖ付近でＶ−ｉ特性線が１本の線になる。こ
れは、印加電圧Ｖが０か０Ｖ付近では、Ｖ−ｉ特性が空
燃比の影響を受けない、すなわち排気中にＯ₂が含まれ
ている、いないの影響を受けないことを意味する。さら
に、印加電圧が０Ｖ付近では、未燃成分によるＶ−ｉ特
性の低下、および低下分δが未燃成分の量との相関関係
は残っていることも認められた。したがって、印加電圧
を０か０Ｖ付近にして、出力電流値を測定すれば、空燃
比、したがって空気比の影響を受けることなく、排気中
の未燃成分の量の概略値を検出することができる。本発
明は、この発見に基づいてなされたものである。

【００１１】つぎに、本発明実施例のバーナの燃焼制御
方法、装置を図４〜図７を参照して説明する。本発明実
施例の酸素センサの素子自体は車載用のリーンミクスチ
ャセンサと同じ構造であるが、それにかける印加電圧が
切替可能になっていて同じ１つの酸素センサを空気比制
御と未燃成分検出に利用できるようにしてあること、そ
の切替を制御する制御ボックスが設けられていること、
さらにセンサの劣化からの再生が可能としてあること、
などの点において車載用のリーンミクスチャセンサを用
いた空燃比制御システムと異なる。

【００１２】本発明実施例のバーナの燃焼制御装置は、
図４に示すように、固体電解質２１を有する酸素センサ
２０と、酸素センサ２０の印加電圧を空気比制御用電圧
と０Ｖ付近の未燃検出用電圧との間に切替える印加電圧
切替手段２と、印加電圧が未燃検出用電圧にある状態で
酸素センサのマイナスの出力電流の大きさに基づいて排
気中の未燃成分濃度をチェックする未燃成分濃度チェッ
ク手段（制御ボックス１８に格納された図５の制御ルー
チンのステップ１０２に対応する手段）と、を有する。
本発明実施例のバーナの燃焼制御装置は、さらに、印加
電圧が空気比制御用電圧にある時に空気比制御を実行す
る空気比制御手段（制御ボックス１８に格納された図５
の制御ルーチンのステップ１０３に対応する手段）を有
する。によるバーナの燃焼制御装置。本発明実施例のバ
ーナの燃焼制御装置は、さらに、酸素センサ出力に異常
が生じているか否かを判定し、異常が生じていれば酸素
センサ再生を実行する酸素センサ再生実行手段（制御ボ
ックス１８に格納された図６の制御ルーチンに対応する
手段）を有する。

【００１３】図４に示すように、酸素センサ２０は、試
験管型に成形したジルコニア固体電解質２１と、固体電
解質２１の内外表面に設けた白金電極２２、２３と、外
側電極２３の外表面に施されたセラミックコーティング
からなる拡散律速層２４と、素子（２１、２２、２３、
２４から構成される部分）温度を約６５０℃以上に保つ
ヒータ（たとえば、セラミックヒータ）２５と、素子の
外側に設けられた保護カバー２６と、を有する。符号２
７はヒータリード線を示している。

【００１４】内側電極２２、外側電極２３はそれぞれリ
ード線２８、２９により、印加電圧電源１に接続されて
いる。印加電圧電源１は、印加電圧切替手段としての印
加電圧切替器２により、空気比制御用電圧（たとえば、
０．６〜０．７Ｖ）と０Ｖ付近の未燃検出用電圧（０Ｖ
である場合、すなわち電源をもたない回路に切替えた場
合を含む）との間に切替えられる。この切替は、制御ボ
ックス１８からの指令信号によって実行される（あるい
は、マニュアルにて行ってもよい）。内側電極２２、外
側電極２３と印加電圧電源１を接続する回路には、印加
電圧電源１と直列に、酸素センサ２０の出力電流を検出
しそれを制御ボックス１８に出力する酸素センサ出力電
流電流検出器３が設けられている。

【００１５】制御ボックス１８には、図５の制御ルーチ
ン、図６の制御ルーチンが格納されている。バーナ燃焼
が実行され始めると、図５の制御ルーチンに、所定時間
間隔ごとに割り込まれる。ステップ１０１においてタイ
マがオンか否かが判定される。このタイマはオンを時間
Ｔ₁、オフを時間Ｔ₂とするサイクルを繰り返すタイマ
からなる。ステップ１０１でタイマがオンと判定される
と、ステップ１０２に進み、酸素センサ２０の印加電圧
を０Ｖ付近（０Ｖを含む）にして未燃成分のチェックを
実行し、ステップ１０１でタイマがオフと判定される
と、ステップ１０３に進み、酸素センサ２０の印加電圧
をオン（たとえば、０．７Ｖ）にして空気比制御を実行
する。ステップ１０２、１０３からエンドへと進む。こ
の制御ルーチンにより、酸素センサによる空気比制御と
酸素センサによる未燃成分チェックからなるサイクルが
繰り返される。

【００１６】バーナ燃焼が実行され始めると、図６の制
御ルーチンに、所定時間間隔ごとに割り込まれる。ステ
ップ２０１において時間カウンタがチェック時が到来し
たか否を判定し、チェック時が到来していなければその
ままエンドに進み、チェック時が到来していると判定す
るとステップ２０２に進む。ステップ２０２では、酸素
センサの出力電流値に異常がないか否かを判定する。た
とえば、燃料ガスをカットしてエアのみを流すと排気ガ
ス中の酸素濃度は２１％となるが、酸素センサが正しく
酸素濃度は２１％に対応する基準電流を出力するか否を
チェックし、出力電流が基準電流から所定幅異常ずれる
と異常発生と判定する。異常がなければそのままエンド
に進み、異常ありと判定されると、ステップ２０３に進
む。異常は、たとえば、有機物が酸素センサ表面に付着
して、熱分解し出力電流値を下げることなどにより発生
する。

【００１７】ステップ２０３では、酸素センサ２０にク
リーンエアを流しつつ酸素センサ内蔵のセラミックヒー
タ２５をオンにして素子を加熱し、素子表面に付着した
有機物を焼くことにより行う。有機物が焼成されると、
酸素センサ２０は元の状態かそれに近い状態に再生され
る。ついで、ステップ２０４に進んでタイマのチェエク
カウントを０にクリアし、再び、つぎの再生のための時
間をカウントしていく。

【００１８】つぎに、本発明実施例の酸素センサによる
バーナの燃焼制御方法を説明する。本発明実施例の酸素
センサによるバーナの燃焼制御方法は、固体電解質を有
する酸素センサ２０の印加電圧を０Ｖ付近の未燃検出用
電圧にした状態で、酸素センサ２０の出力電流に基づき
バーナ燃焼の排気中の未燃成分濃度をチェックする工程
を有する。本発明実施例の酸素センサによるバーナの燃
焼制御方法は、固体電解質を有する酸素センサ２０の印
加電圧を空気比制御用電圧と０Ｖ付近の未燃検出用電圧
との間に切替える工程と、印加電圧が空気比制御用電圧
に切替えられている間は空気比制御を行い、印加電圧が
未燃検出用電圧に切替えられている間は未燃成分濃度を
チェックする工程と、を有する。さらに、本発明実施例
の酸素センサによるバーナの燃焼制御方法は、酸素セン
サ２０に燃焼反応による有機物が付着し出力電流値が初
期値から変化した場合には、クリーン状態で酸素センサ
２０のヒータ２５に通電して付着有機物を焼く工程を有
する。

【００１９】図７は、蓄熱式シングルバーナにおいて、
印加電圧を０．７Ｖにして空気比制御を実行し、ついで
印加電圧０Ｖにして未燃成分チェックを行うことからな
るサイクルを繰返し行った場合の、酸素センサ２０の出
力電流変化を示している。印加電圧を切った（あるい
は、印加電圧を０Ｖ付近にした）場合で、完全燃焼の場
合に、酸素センサ２０の出力電流値が−２．３ｍＡ（ミ
リアンペア）であったものが、不完全燃焼が生じて、排
気中にＣＯ、ＨＣなどが混じり始めると、酸素センサ２
０の出力電流値が低下する。その場合、その低下が許容
値（図７で点線で示した値）を越えると（点線より下側
にくると）、制御ボックス１８は、警報を発する、
エア供給量を増大する、燃料ガス供給量を絞る、のう
ちの何れか少なくとも１つの対策を講じる。

【００２０】図８〜図１１は、本発明の酸素センサによ
るバーナの燃焼制御方法、装置を炉に適用した場合の複
数の例を示している。図８、図９は、炉１１にシングル
蓄熱式バーナ１３を設置し、そのバーナ１３の蓄熱体３
０と給排気切替機構４０との間に酸素センサ２０を設置
したものを示している。図８に示すように、炉１１には
蓄熱燃焼用バーナ１３が設けられており、蓄熱燃焼用バ
ーナ１３には、燃料ガスの供給系１４と給気系１５、排
気系１９とが接続されている。符号１２は火炎を示す。
給気系１５は、ブロワ１６と、ブロワ１６と蓄熱燃焼用
バーナ１３とを結ぶ通路に設けられたコントロールバル
ブ１７を有し、コントロールバルブ１７の開度は制御ボ
ックス１８からの信号により制御される。

【００２１】蓄熱燃焼用バーナ１３に設けられた酸素セ
ンサ２０の出力は制御ボックス１８に送られ、印加電圧
オン時には、制御ボックス１８で酸素センサの出力電流
値に基づいて燃料に対する必要給気量を演算し、その信
号をコントロールバルブ１７のコントロールモータに送
って、給気量が必要給気量になるようにコントロールバ
ルブ１７の開度を制御する。

【００２２】シングル蓄熱燃焼用バーナ１３は、図９に
示すように、ケーシング３４と、ケーシング３４内に配
置された円筒３１内に納められた、多数の通路をもつ蓄
熱体３０（セラミックなどからなる）と、蓄熱体３０の
一側の設けられたバーナタイル６２と、蓄熱体３０の他
側の設けられた給排気の切替機構４０と、給排気の切替
機構４０および蓄熱体３０を貫通してバーナタイル６２
まで延びる燃料噴射ノズル６０と、からなる。６１はパ
イロットエア供給管である。

【００２３】蓄熱体３０は、排気を通すときにその熱を
回収して蓄熱し、燃焼用メインエアを通すときに蓄熱し
ていた熱を放出してメインエアを予熱する。蓄熱体３０
におけるガスの流れ領域は、バーナ周方向に複数のセク
ションに区画されており、その一部のセクションに排気
が流れているとき、他のセクションには給気が流れる。
蓄熱体３０を通過する給排気は切替機構４０によって交
互に切替えられる。バーナタイル６２は、セラミックス
または耐熱金属からなり、給排気面６３から突出する突
出部６４を有する。突出部６４の内面から先端にかけて
燃料解放面６５が形成されており、突出部６４の外側の
給排気面６３に給排気孔６６が開口している。給排気孔
６６と蓄熱体３０のセクションはバーナ周方向に対応し
ている。複数の給排気孔６６の一部に排気ガスが流れて
いるとき残りの給排気孔６６にはメインエアが流れてい
る。

【００２４】給排気の切替機構４０は、可動部材４４
と、固定部材４６と、仕切壁４１を有する。固定部材４
６は、蓄熱体３０の複数のセクションに対応させた複数
の貫通孔４７を有する。可動部材４４は、仕切壁４１の
一側に設けられた開口部４２と仕切壁４１の他側に設け
られた開口部４３とを有し、開口部４２は給気孔５１に
連通しており、開口部４３は排気孔５２に連通してい
る。可動部材４４は駆動手段（モータ、シリンダなど）
４５によって一方向または往復的に回動されて、それま
で開口部４２と合致していた貫通孔４７を、開口部４２
と一致させることにより、蓄熱体３０および給排気孔６
６の給気、排気の流れを切替える。

【００２５】酸素センサ２０は、切替機構４０と蓄熱体
３０との間の部位に設置される。酸素センサ２０は、固
定部材４６に形成した貫通孔に酸素センサ２０の検知部
を挿入させてある。この部位は、排気流れ方向に蓄熱体
３０より下流にあるので、排気の温度が約３００℃に低
下している部位であり、酸素センサ２０の耐久性上望ま
しい部位である。また、給気流れ方向には、固定部材４
６と可動部材４４との摺動面より下流にある部位であ
り、固定部材４６と可動部材４４との摺動面で給気から
排気へのリークが生じたとしてもその影響を受けない部
位であり、排気の真の酸素濃度を測定できる部位であ
る。この位置に酸素センサ２０を設置して印加電圧を０
Ｖ付近にして出力電流値を監視することにより、信頼性
の高い未燃成分の検出、制御を行うことが可能になる。

【００２６】図１０は、炉１１に一対の交互切替式蓄熱
式バーナ１３を設置したシステムを示している。このタ
イプのシステムでは、給気、排気の切替は、バーナ１３
に接続された給気経路１５と排気経路１９の途中に設け
られた切替弁（たとえば、四方切替弁）７０によって行
われるので、バーナ内にはシングル式バーナに設けられ
ていた切替機構４０は設けられない。また、このタイプ
のバーナシステムは、蓄熱体３０を有するが、蓄熱体３
０はバーナ周方向に複数のセクションに区画される必要
はない。その他のバーナタイル、燃料供給管などの構成
はシングルバーナの場合に準じる。

【００２７】交互切替式蓄熱式バーナシステムの場合、
酸素センサ２０は、給排気経路１５、１９のうち、蓄熱
体３０と、給排気の切替機構である切替弁７０との間の
部分に設けられる。これによって、シングルバーナの場
合と同様、低温による耐久性向上、リークの影響を受け
ないという作用が得られる。また、この位置に酸素セン
サ２０を設置して印加電圧を０Ｖ付近にして出力電流値
を監視することにより、信頼性の高い未燃成分の検出、
制御を行うことが可能になる。

【００２８】図１１は、炉１１に非蓄熱燃焼式の通常の
バーナ１３を設置したシステムを示している。バーナ１
３には燃料がすの供給系１４と給気の供給系１５とが接
続されている。符号１２は火炎を示す。給気供給系１５
は、ブロワ１６と、ブロワ１６とバーナ１３を結ぶ通路
に設けられたコントロールバルブ１７を有し、コントロ
ールバルブ１７の開度は制御ボックス１８からの信号に
より制御される。炉内または煙道１９には酸素センサ２
０が設けられている。酸素センサ２０の出力は制御ボッ
クス１８に送られ、制御ボックス１８内で酸素センサ２
０の出力に基づいて燃料に対する必要給気量を演算し、
その信号をコントロールバルブ１７のコントロールモー
タに送って、給気量が必要給気量になるようにコントロ
ールバルブ１７の開度を制御する。酸素センサ２０の印
加電圧を０Ｖ付近にして出力電流値を監視することによ
り、信頼性の高い未燃成分の検出、制御を行うことが可
能になる。

【００２９】

【発明の効果】請求項１の方法、請求項４の装置によれ
ば、酸素センサの印加電圧を０Ｖ付近（０Ｖである場合
を含む）にし、その時の酸素センサの出力電流値に基づ
いてバーナ燃焼の排気中の未燃成分濃度をチェックする
ので、空気比の値に影響されずに排気中の未燃成分濃度
をチェックすることができ、信頼性の高い未燃成分濃度
チェックと信頼性の高い燃焼を行うことができる。請求
項２の方法、請求項５の装置によれば、請求項１、４の
効果に加えて、印加電圧を切替可能にしたので、１つの
酸素センサで、空気比制御と未燃成分チェックの両方を
行うことができる。請求項３の方法、請求項６の装置に
よれば、酸素センサに燃焼反応による有機物が付着し出
力電流値が初期値から変化した場合には、クリーン状態
で酸素センサのヒータに通電して付着有機物を焼くの
で、酸素センサの性能を初期状態に再生することがで
き、常に、未燃成分の排出の少ない信頼性の高い燃焼を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の方法、装置で用いる酸素センサ
の、燃料リーン、リッチの各状態における、酸素イオン
の流れを示す部分断面図である。

【図２】本発明実施例の方法、装置で用いる酸素センサ
の印加電圧（Ｖ）−出力電流（ｉ）の特性図である。

【図３】図２から導かれる、印加電圧一定のときの出力
電流（Ｉ）と酸素濃度との関係を示すグラフである。

【図４】本発明実施例の方法、装置で用いる酸素センサ
の断面図およびその印加電圧回路図である。

【図５】本発明実施例の方法、装置の空気比制御、未燃
成分チェックの制御ルーチンを示すフローチャートであ
る。

【図６】本発明実施例の方法、装置のセンサ再生の制御
ルーチンを示すフローチャートである。

【図７】本発明実施例の方法、装置で燃焼を制御した場
合の、酸素センサ出力電流と時間との関係を示すグラフ
である。

【図８】本発明実施例の方法、装置に係るシングルタイ
プの蓄熱燃焼用バーナシステムの系統図である。

【図９】図８のシングルタイプ蓄熱燃焼用バーナの断面
図である。

【図１０】本発明実施例の方法、装置に係る交互切替式
ツイン蓄熱燃焼用バーナシステムの系統図である。

【図１１】本発明実施例の方法、装置に係る通常のバー
ナ燃焼システムの系統図である。

【符号の説明】

１印加電圧電源２印加電圧切替器３出力電流検出器１１炉１８制御ボックス２０酸素センサ２１固体電解質２２、２３電極２４拡散層２５ヒータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体電解質を有する酸素センサの印加電
圧を０Ｖ付近の未燃検出用電圧にした状態で、酸素セン
サの出力電流に基づきバーナ燃焼の排気中の未燃成分濃
度をチェックする工程を有する酸素センサによるバーナ
の燃焼制御方法。
【請求項２】固体電解質を有する酸素センサの印加電
圧を空気比制御用電圧と０Ｖ付近の未燃検出用電圧との
間に切替える工程と、印加電圧が空気比制御用電圧に切替えられている間は空
気比制御を行い、印加電圧が未燃検出用電圧に切替えら
れている間は未燃成分濃度をチェックする工程と、を有
する酸素センサによるバーナの燃焼制御方法。
【請求項３】酸素センサに燃焼反応による有機物が付
着し出力電流値が初期値から変化した場合には、クリー
ン状態で酸素センサのヒータに通電して付着有機物を焼
く請求項１または請求項２記載の酸素センサによるバー
ナの燃焼制御方法。
【請求項４】固体電解質を有する酸素センサと、酸素センサの印加電圧を空気比制御用電圧と０Ｖ付近の
未燃検出用電圧との間に切替える印加電圧切替手段と、印加電圧が未燃検出用電圧にある状態で酸素センサのマ
イナスの出力電流の大きさに基づいて排気中の未燃成分
濃度をチェックする未燃成分濃度チェック手段と、を有
する酸素センサによるバーナの燃焼制御装置。
【請求項５】固体電解質を有する酸素センサと、酸素センサの印加電圧を空気比制御用電圧と０Ｖ付近の
未燃検出用電圧との間に切替える印加電圧切替手段と、印加電圧が未燃検出用電圧にある時に酸素センサの負の
出力電流の大きさに基づいて排気中の未燃成分濃度をチ
ェックする未燃成分濃度チェック手段と、印加電圧が空気比制御用電圧にある時に空気比制御を実
行する空気比制御手段と、を有する酸素センサによるバ
ーナの燃焼制御装置。
【請求項６】酸素センサ出力に異常が生じているか否
かを判定し、異常が生じていれば酸素センサ再生を実行
する酸素センサ再生実行手段を有する請求項４または請
求項５記載のバーナの燃焼制御装置。