JPS5884304A - 比例制御装置 - 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】 本発゛明は、燃焼機器の出力制御等に用いる比例制御弁
のヒステリシスを減少させる為の制御手段に関するもの
である。

第１図は、圧力式比例制御弁の概要図でアシ。

圧力式比例制御弁列装置内上部に電磁コイル２を２、−
、。

配置し、この電磁コイル２の中央に板バネ３で支えられ
た電磁プランジャ４が挿通され、そして。

この電磁プランジャ４の下部に、ダイヤフラム部６と弁
体６が固着されている。また７は電磁プランジャ４．ダ
イヤフラム部６及び弁体６等の自重を支える為のスプリ
ング５ａＶｉ弁座部、９ａは一次圧室、９ｂは燃料流入
口、１０ｉＬは二次圧室、１０ｂは燃料出口を示してい
る。

上記構成において、電磁コイル２に駆動電流ｉを加える
と電磁プランジャ４に吸引力が働き、弁体６は下方に押
し下げられ、板バネ３の上向きの復元力とつりあった位
置に停止する。このとき１、弁体６と弁座８で形成ぎれ
る弁開度の大ＩＪ〜により燃料流入口９ｂの圧力／ｃあ
る一次産力Ｐ１に対し燃料出口１０ｂの圧力である巳次
圧力Ｐ２が一義的に制御される。また、このタイプの圧
力式比例制御弁は、−次圧力Ｐ１を受けるダイヤフラム
部６の有効径と、同様に一次圧力Ｐ１を受ける弁体６の
上面有効径が同一寸法の為に、上下方向に働く力が打消
し合い電磁コイル２に加える駆動電流３、−２−・ ｉが同一の場合は、−次圧力Ｐ１が変化しても。

二次圧力Ｐ２は変化しない。すなわち、二次圧力Ｐ２　
は−次圧力の変化に関係なく電磁コイル２に加える駆動
電流ｉの関数にな？）　、Ｐ２　＝　ｆ（ｉ）で表わさ
れる。故に駆動電流ｉの増減に対応して、二次圧力Ｐ２
が制御されるものである。

諸実験の結果、更に具体的には二次圧力Ｐ２はＰ２　＝
　ｋ１ｉ２　・・・・・・■（ただし、ｋｌは比例定数
）で表現することができる。また圧力比例制御弁の後流
に設置されるノズルから大気圧中に噴出する燃料流量を
Ｑで表わすと、流路断面積形状が同一の場合には、Ｑ＝
に２ｖ／￥２・・・・・・■（ただし、ｋ２は比例定数
）で表現することができる。したがりて上記■及び■か
らＱ＝ｋｇ、ｉ・・・・・・０（ただし、に５は比例定
数）として表現することができる。すなわち、燃料流量
Ｑは、電磁コイル２に与える駆動電流ｉと正比例の関係
にあるにの様子を示した図が、第２図の電流流量制御特
性図である。縦軸は最大流量を１００％にした場合の流
量を流量比で表わし、横軸は駆動電流ｉを表わしている
。

第２図をみれば明らかのように、ある一定の一動電流ｉ
０から駆動電流ｉが増大する側では、燃料流量ｑは駆動
電流１の一次式で表わされるが駆動電流ｉの増大した場
合と減少した場合ではヒステリシスが生じる。したがっ
て駆動電流ｉを減少させた場合には増加させた場合の同
一駆動電流ｉに対しその燃料流量Ｑは駆動電流ｉを増大
させた場合の流量値’ｉ−ｕに対してΔ？だけ多い値？
ｄになる。すなわち、同一駆動電流ｉに対して制御され
る流量がｇ、ｕと？ｄの二通シ存在することになる。

又４　ｔｏの点はバーナの能力から決定される最少燃焼
流量値をｇ−Ｍけ最大燃焼流量値を示している。

したがって燃料流量Ｑの制御範囲はｆｌ、ｏがらｆＭの
範囲である。

以上のような電流流量制御特性をもっ圧力式比例制御弁
を燃焼効高アップを主目的とした燃焼機器の空燃比制御
に応用した場合、送風機風景と送風機の回転数を制御す
る駆動電流との間のヒステリシスは無視できるほど微小
であるのに対して。

燃料測流量を制御する圧力式比例制御弁のヒステ５．７
−、 リシスが大きい為に、しかも低流量制御域はど大きくな
る為に、燃焼出力を増大する方向に働く場合、すなわち
駆動電流が増大する方向に働く場合は、空気過剰の状態
になり、又、燃焼出力が減少する方向に働く場合、すな
わち駆動電流が減少する方向に働く場合には、反対に空
気不足の状態になり、精度の高い空燃比制御が実現でき
ないという欠点があった。特に、゛低燃焼域のヒステリ
シスの大きい領域では空気不足カニ号−生じた場合には
、−酸化炭素濃度が急に高くなったシ、立消えの心配が
予測される為必要以上に過剰な空気量になるべく制御す
る必要があシ、その為に、燃焼効率が低下し、燃焼効率
向上を主目的とした空燃比制御の阻害要因になっていた
。

本発明は、ヒステリシスの大きさが無視できない高精度
の空燃比制御をオープンループ制御方式で可能にする為
に、ヒステリシスを補正制御することで、上記従来の欠
点を解消するものである。

以下１本発明の一実施例を尭付図面にもとづいて説明す
る。第３図は本発明の比例制御装置の主６、−　　・ 要ブロック線図と圧力式比例制御弁への電気信号系を示
した概略図であシ、ｓｌは比例制御装置の一部を示し、
この中に駆動電流ｉの増減を識別する判別部８２．ヒス
テリシス直線を記憶する記憶部Ｓ３そして判別部Ｓ２及
び記憶部ｓ３の信号に対応して作動するヒステリシス補
正演算部ｓ４があシ、更に駆動部Ｓ５で制御されて圧力
式比例制御弁Ｓ６へ電気信号が伝達される。第４図は電
流流量制御特性図において、ヒステリシス補正手段を示
す説明図であり、第６図は、送風機の電流風量制御特性
図である。

第４図において、流量制御範囲はバーナの燃焼特性から
決まる最低燃焼流量値ｔｏと最大燃焼流量値ｆＭの範囲
にあり、これに対応して電流制御範囲がｉｏからｉＭの
範囲にある。

電流流量制御特性にはヒステリシスがあり、その値は、
低流量領域になるにしたがい大きくなる傾向にある。ま
た、比例制御弁単体の電流流量制御特性において負荷を
変化させた場合、すなわち負荷を増大させた場合には、
直線（イ）に従って制御７１，２゜ され、逆に負荷を減少させた場合には直線（ロ）に従っ
て制御される。

（イ）の直線は１０　（ｉ　（ｉｙ　（又はｔｏ　＜　
Ｑ　＜　ｇ、Ｍ）においてＱ＝ａｉ−４−ｂ・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（イ）（ａ、
ｂは既知定数） （ロ）の直線はＱ＝ｃｉ＋ｄ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・（ロ）（ｃ、ｄは既知定数） で表わされる直線である。

そして、この既に判明している圧力比例制御弁の電流と
流量との関係式すなわち直線（イ）、（ロ）を第３図に
示した、記憶部Ｓ３に前もって記憶させておく。更に、
（イ）及び（ロ）の関係式から誘導される（イ）と（ロ
）の直線の中間の直線を（ハ）とすると。

Ｑ　＝’（”Ｌ＋０）／２ｉ＋（ｂ＋（１）／２＝　ｅ
ｉ　＋ｆ　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・（ハ）（ａ、ｆは既知定
数） で表現され、直線（ハ）も同様にして記憶部Ｓ３に記憶
させておく。又、直線（ハ）は電流流量制御特性の基準
直線と定義づけておく。

このように定義しておくと、駆動電流ｉの時の流８−２ 量値は？として一義的に決定される。

上記構成において、負荷が変動した場合、燃料流量Ｑ及
び空気流量−Ｑ・を変化させるべく、比例制御弁、及び
送風機の夫々の駆動電流が連動して制御される高精度の
空燃比制御を実現する為には、第４図における駆動電流
ｉに対して、燃料流量値ｔが、第６図における空気流量
値？・と常に１対１の対応関係にあることが必要である
。

空気側の流゛量制御は、ヒステリシスが無視できるほど
小さいのでこの場合ヒステリシス零と゛して取扱かう。

すなわち、第６図に示、した単一の′直線（：＝）がこ
れを示している。

今負荷が゛増尖すると、直線（イ）、に面、・て豐御さ
れるが、その制御信号を第一回にセける判別部Ｓ２−で
まず識別１、つ炉いてＳ４のヒス、テリシス補正演算部
で、既にＳ３の記憶部（記憶してお埴た基準直線（ハ）
と直線（イ）から駆動電些ｉに対面した基準の制御電流
は、工＋Δ讐として制御する木のである。又逆に負荷が
減少した場合には％（ロ）の直線に基準直線（ハ）と直
線（ロ）から駆動電流ｉに対応した基準流量？になるよ
うに補正電流値Δｉ・を算出し、実際の制御電流はｉ−
Δｉ′として制御するものである。

一方、空気流量制御は第６図のに）の線上に沿って、負
荷の変動に対応して、ヒステリシスなしに制御されると
とになる。

以上の説明から明らかのように、本発明の比例制御装置
は、その制御装置内部にヒステリシスのある電流流量制
御特性の関係式及び、この関係式から誘導されるヒステ
リシスの中間の関係式を記憶させておく記憶部と、駆動
電流が増大方向にあるか、減少方向にあるか、つまり、
ヒステリシス直線のどちら側に沿った制御なのかを識別
する為の判別部、及び、記憶部１判別部からの情報信号
にもとづいて、ヒステリシスを補正すべく作動する。ヒ
ステリシス補正演算部により構成したことで、次のよう
な効果を有するものである。すなわ、ね １９・−・・ （１）電磁式駆動部、ダイヤフラム、機械的摺動部等で
構成された制御弁において、磁気ヒステリシスやダイヤ
フラムによるヒステリシスは皆無にすることはできない
。

これらのヒステリシスの為に、その制御特性にもヒステ
リシスが存在し、かつ、ヒステリシスの伴う制御特性が
一定の関係式で表現されるとき、このヒステリシスを見
かけ上解消することができる。

（２）　　ヒステリシスを解消することにより、特にオ
ープンループ方式の空燃比制御を高精度に制御すること
ができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の圧力式比例制御弁の構成図、第２図は同
圧力式比例制御弁の電流流量制御特性図、第３図は本発
明の一実施例における比例制御装置の主要ブロック線図
、第４図は同比例制御装置におけるヒステリシス補正手
段を示す特性図、第６図は送風機の電流風量制御特性図
である。 Ｓｌ・・・・・・比例制御装置、８２・・・・・・判別
部、ａＳ１η一つ、 ・・・・・・記憶部、８４・・・・・・ヒステリシス補
正演算部、Ｓ６・・・・・・比例制御弁。 １１図 第２図 Ｑ（％） 第３図 第４図 １１１５図 Ｏ′

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 流体の流通路内に流通路断面積を可変し得る弁体を設け
   、この弁体と連動する電磁駆動部を制御して前記流体の
   流量を連続的に可変する比例制御弁と、この比例制御弁
   の電流流量制御特性における電流が増大する場合の制御
   特性、及び減少する場合の制御特性の両特性を記憶する
   記憶部と、前記電流が増大方向にあるか減少方向にある
   かを識別する判別部と、前記電流流量制御特性のヒステ
   リシスを小さくするように前記電流を補正するヒステリ
   シス補正演算部とからなる比例制御装置。