JPS63259319A - 燃焼器の空燃比制御装置 - 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］ 本発明は燃焼器の空燃比制御装置に係り、特に燃料噴射
口から噴射される燃料量に基づいて混合空気量を制御す
る燃焼器の空燃比制御装置に関する。

［従来技術］ 従来、例えば穀物乾燥機において熱風により穀物を乾燥
する場合に適用される燃焼器（バーナ）では、燃料ポン
プ等から燃料がフィートパイプを介して噴射口開口面積
が一定のノズルに供給され、噴射口から燃料が噴射され
るようになっている。この噴射された燃料はファンの回
転により送風された空気と混合されて霧化され１点火棒
によって点火され燃焼されることにより熱風が生成され
るように構成されている。ところで、燃焼されるバーナ
のａ風温度は、バーナで生成された熱風の温度を温度セ
ンサ等によって検出し、検出された熱風温度と予め設定
された設定温度とを比較して、バーナに供給される燃料
の供給量を制御することにより調整されるようになって
いる。

また、この場合前記燃料供給量に基づいてファン等によ
り供給される空気量を制御することによってバーナの空
燃比を例えば理論空燃比に制御することが行なわれてい
る。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、バーナへの燃料供給量を供給ポンプ等の
供給圧により制御しているため、小燃焼時にノズルから
噴射される燃料の霧化状態が良くないやこのため、空気
との混合もうまく行なわれず、不完全燃焼する場合かあ
った。

これを解決するため、燃料を予め霧化した後、ノズルか
ら噴射すればよいが（プレミックス）、部品点数が多く
、制御も複雑となる。また、このような構造では逆火の
防止のため配管途中に安全装置を取り付ける必要がある
。

本発明は上記事実を考慮し、燃料の供給圧力を変更する
ことなく燃料噴射口で燃料噴射量を制御でき、かつ燃料
噴射量に応じて空気量を制御して所定の空燃比とするこ
とができる燃焼器の空燃比制御装置を得ることか目的で
ある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に係る燃焼器の空燃比制御装置は、燃料噴射口か
ら噴射された燃料と空気とを混合して燃焼させる燃焼々
の空燃比制御装置てあって、前記燃料噴射口を全開する
第１の位とと燃料噴射口を全閉する第２の位置との間で
移動可源な４９体と、前記弁体な所定の燃料噴射量に応
した位置へ移動させる移動手段と、弁体の位置に応じて
噴射される燃料に対して混合される空気の供給量を制御
することにより空燃比を所定値に制御する制御手段と、
を有している。

［作用］ 燃焼器の燃焼状態（例えば熱風温度）か所定の燃焼状態
（熱風温度）と異なる場合、移動手段により弁体を第１
の位置乃至第２の位置の所定位置へ移動させ位置決めす
ることにより、燃料噴射口の開口面積を変化させ燃料噴
射量を変更することができる。これにより、所定の燃焼
状！（８Ｍ温度）とすることかできる。すなわち、熱風
温度を上げたい場合は、弁体を第１の位置方向へ移動さ
せ、熱風温度を下げたい場合は弁体を第２の位置方向へ
移動させる。これにより、燃料噴射口から噴射される燃
料の量は供給圧力を変更させることなく、弁体の移動量
に応じて変更される。ここて、本発明の制御手段ではこ
の燃料噴射量の変化に応じてこの燃料と混合される空気
の量も制御しているので、燃料噴射量に拘らずほぼ一定
の空燃比に保持することができ、不完全燃焼等の不具合
は生じない。

［実施例］ 以下１図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図には本実施例に係る噴射量可変ノズルｌＯがガン
タイプバーナの燃料噴射量ごとして適用された場合の断
面図か示されている。また、第２図には第１図要部拡大
断面図が示されており、第３図には要部斜視図が示され
ている。さらに第４図には要部作動説明図が示されてい
る。

第１図に示される如く、ノズル基部１２は略円筒形で、
内孔１３の先端部（第１同左片側）は大きく広がり第２
図に示される如く雌ねじ部１４か形成され、後端部には
やや大きな内径となったばね受部１５が形成されている
。さらに、ノズル基部１２の後端部外周には雄ねじ部１
７か形成されている。ノズル基部１２の先端部（雌ねじ
部１４側端部）にはノズル１６か取付けられている。

第２図に示される如くノズル１６は軸心に沿った断面形
状が略Ｕ字形で、先端には噴射口１８か形成されている
。ノズル１６の開口側（噴射口１８と反対側）の外周に
は雄ねじ部２０か形成されている。この雄ねじ部２０か
前記雌ねじ部１４と係合してノズル基部１２とノズル１
６とか結合されるようになっている。さらに雄ねじ部２
０の基端部には０リング２２がノズル基部１２とノズル
１６との間に挟み込まれるようにして配置されている。

ノズル１６の開口側内周には雌ねじ部２４が形成されて
いる。雌ねじ部２４にはディストリビュータ２６が取付
けられている。

ディストリビュータ２６は第３図に示される如く略円柱
形て、外周には雄ねじ部２８か形成されている。この雄
ねじ部２８が前記雌ねじ部２４と係合してディストリビ
ュータ２６かノズル１６内に収納されるようになってい
る。ディストリビュータ２６の外周一部には、ねじ溝を
除去するようにディストリビュータ２６の軸線方向に燃
料通過部３０が切欠形成されている。またディストリビ
ュータ２６の先端部には放射状に溝３２か形成されてい
る。これにより、ノズル１６内にディストリビュータ２
６が収納された後は、供給された燃料か燃料通過部３０
を通過し溝３２を経てノズル１６の噴射口１８から噴射
されるようになっている。

ディストリビュータ２６には軸心上に貫通孔３４か穿設
されており、さらに貫通孔３４内には弁体３６か摺動可
能に挿入されている。弁体３６は棒状て先端は先細に形
成されたニードル部３８となっている。弁体３６が貫通
孔β４内を摺動することによりニードル部３８がノズル
１６に形成された噴射口１８の開口面積を実質的に変化
させるようになっている。これらの構成は一般的に知ら
れているニードル弁の構成と同じである。

弁体３６の後端部には輪状の止め具４０が取付けられて
おり、止め具４０とディストリビュータ２６の後端面２
９との間に圧縮コイルスプリング４２か配置されている
。これにより、弁体３６は常に噴射口１８と反対方向（
第１図右方向）へ付勢されている。

ノズル基部１２の内孔１３にはロッド部材４４が摺動可
使に配こされている。ロッド部材４４は棒状で先端側（
第１同左片側）は内孔１３よりやや小径に形成された小
径部４６とされ、弁体３６の後端に当接している。ロッ
ド部材４４の中央部にはリング状の凹部４８か形成され
、０リング５０が嵌入されている。

また、ノズル基部１２から突出したロッド部材４４の後
端部にはねじ部５２か形成されている。

ねじ部５２の基端近傍には弁体３６を第２の位置に位置
決めするための最少噴射量調節ナツト５４がロックナツ
ト５６と共に螺合している。最少噴射量３Ｊ１’ｌｌｉ
ナツト５４とロックナツト５６とは互に締め付は合って
ダブルロックナツトとしてねじ部５２に固定されている
。最少噴射量調速ナツト５４は、ロッド部材４４か第１
図左方向へ設定量摺動した場合にノズル基部１２の後端
面と当ってロッド部材４４の摺動量を制御するようにな
っている。

最少噴射量調節ナツト５４と前記ノズル基部１２に形成
されたばね受部１５の底ＰＸ！１５Ａとの間に圧縮コイ
ルスプリング５８が配置されている。このためロッド部
材４４は圧縮コイルスプリング５８によって常にノズル
基部１２から突出す。

る方向（第１図右方向）へ付勢されている。

ノズル基部１２の雄ねし部１７には一対の取付ナツト６
０によって取付部材６２が固定されている。取付部材６
２は略円筒形で底９６４の中央には透孔６６か形成され
ている。この透孔６６内に雄ねし部１７か挿入され取付
ナツト６０によって底壁６４を挟み込んて固定されてい
る。

取付部材６２の側壁には透孔６８が形成されており、後
端部にはフランジ部７０が形成されている。フランジ部
７０には支持部材７２かボルト７４及びナツト７６を介
して取付けられている。

支持部材７２は略円筒形で底壁７８の中央には透孔８０
か形成されており、後端部にはフランジ部８２か形成さ
れている。透孔８０内を前記ロット部材４４のねじ部５
２が貫通し後方（第１図右方）へ突出している。

透孔８０よりも前方側のねじ部５２には、弁体３６を第
２の位置に位置決めするための最大噴射量調法ナツト８
４がロックナツト８６と伴に螺合している。最大噴射量
調法ナツト８４とロックナツト８６とは互に締め付は合
ってダブルロックナツトとしてねじ部５２に固定されて
いる。最大噴射量調法ナツト８４は、ロッド部材４４か
後方へ設定量摺動した場合に支持部材７２の底壁７８と
係合してロッド部材４４の摺動量を制限するようになっ
ている。

支持部材７２のフランジ部８２には弁体３６の作動機構
としてのバイメタル８８が取付けられている。バイメタ
ル８８は常温では後方へ凸に湾曲′して形成されており
、さらに圧縮コイルスプリング５日の付勢力によって常
にロット部材４４（ねじ部５２）の後端が当接するよう
になっている。

：ｊＳ４図にも示される如く、バイメタル８８の後　−
方面にはヒータ９０か取付けられ、さらにヒータ９０は
駆動回路１２２を介して電子ル制御回路９２に接続され
、この電子制御回路９２からの信号で給電されるように
なっている。これによりヒータ９０は電力量に応じて発
熱し、バイメタル８８を熱膨張により前方へ凸に湾曲さ
せるようになっている。ここで、バイメタル８８はヒー
タ９０が通電されることで圧縮コイルスプリング５８の
付勢力に抗してロット部材４４を押圧し前方（第１図左
方）へ摺動させ、さらにロッド部材４４は圧縮コイルス
プリング４２の付勢力に抗して弁体３６をディストリビ
ュータ２６内で摺動させ、これによって弁体３６のニー
ドル部３８を噴射口１８へ接近する方向へ移動させるよ
うになっている。

ノズル基部１２の側壁にはロッド部材４４の小径部４６
を対応する位置に燃料供給エルボ９４か連結されている
。燃料供給エルボ９４は断面形状路り字形で、内部には
ノズル基部１２の内孔１３へ連通する燃料供給孔９６か
形成されている。この燃料供給エルボ９４は図示しない
圧力リリーフ弁を介して電磁ポンプに連結されている。

このため、電磁ポンプによって圧送された燃料は圧力リ
リーフ弁によって一定圧力に保たれつつ燃料供給エルボ
９４から内孔１３へ至り、さらにディストリビュータ２
６の燃料通過部３０及び溝３２を経てノズル１６の噴射
口１８から噴射されるようになっている。

ノズル基部１２には直上へ点火プラグ９８かホルダー１
００を介して取付けられている。点火プラグ９８は高電
圧による放電着火部で先端の放電部は噴射口１８の直前
上方に位こしている。この点火プラグ９８は、図示しな
い高電圧発生用の点火トランスと連結されている。

以上の構成による噴射量可変ノズル１０は円筒形のトラ
フトチューブ１０１によって被い囲まれている。

電子制御回路９２は、第５図に示される如く、ＣＰＵ１
０２、ＲＯＭ１０４、ＲＡＭ　Ｉ　Ｏ６、入力ボート１
０８、出力ポート１１０及びこれらを接続するデータバ
スやコントロールハス等のハス１１２を含んで構成され
ている。入力ボート１０８には、空気をノズル１６方向
へ圧送するファンモータ１２４に取り付けられた回転数
セ、ンサ１２１か接続されると共に、Ａ／Ｄ変換器１１
４、マルチプレクサ１１６を介して熱風温度センサ１１
８及びノズル位置センサ１２０が接続されている。ＣＰ
Ｕ１０２はマルチプレクサ１１６及びＡ／Ｄ変換器１１
４を制御し、熱風温度センサｌ１８、ノズル位置センサ
１２０の出力を順次デジタル変換しＲＡＭ　１０６に記
憶させるようになっている。出力ポートｌｌｏには、駆
動回路１０２を介してファンモータ１２４の信号線か接
続され、ＣＰＵ１０２は、駆動回路１２２を制御するこ
とによってファンモータ１２４を制御する。ファンモー
タ１２４の回転数は回転数センサ１２１により検出され
、入力ボートｌＯ８へ入力されるようになっている。上
記ＲＯＭ　ｌ　０４には以下で説明する制御ルーチンの
プログラムか予め記憶されている。

次に、第６図のフローチャートに従い本実施例の作用を
説［ＪＪする。

まず、ステップ２００てはバーナを着火させる。すなわ
ち、運転ボタンを操作してガンタイプバーナを始動させ
ると、点火トランスか作動して点火プラグ９８が放電を
始める。さらに設定時間経過後に電磁ポンプか作動して
燃料が供給され始める。電磁ポンプから供給される燃料
は圧力リリーフ弁によって一定圧力に保たれつつ燃料供
給エルボ９４から内孔１３へ至り、さらにディストリビ
ュータ２６の燃料通過部３０及び溝３２を経てノズル１
６の噴射口１８から噴射されて着火体制に入り、点火プ
ラグ９８によって着火される。

ステップ１５０でガンタイプバーナか着火されると、点
火プラク９８による放電は停止され次回の点火に備え、
噴射口１８からの燃料噴射は連続して行なわれる。また
、ロット部材４４の中央部には燃料シール用のＯリング
５０か配置されているため、燃料供給エルボ９４から内
孔１３に至つた燃料がノズル基部１２の後方から洩れ出
すことは無い。

次のステップ２０２では、熱風温度センサｔｔＳで検出
された熱風温度ＴかＲＡＭから読み込まれ、ステップ２
０４においてこの熱風温度Ｔと予め設定された設定温度
ＴＯとを比較する。

Ｔ≧Ｔｏの場合は、噴射口１Ｂから噴射する燃料！１″
Ｌを減少させる必要があると判断し、ステップ２０６へ
移行して、ヒータ９０への駆動回路からの電力量を増加
し、ヒータ９０を９．熱させる。

ヒータ９０の発熱によって第４図に示される如くバイメ
タル８８が熱膨張しロッド部材４４側（第１図左方）へ
凸に湾曲する。このためバイメタル８８は圧縮コイルス
プリング５８の付勢力に抗してロッド部材４４を前方へ
押圧し、さらにこれと同時にロッド部材４４は圧縮コイ
ルスプリング４２の付勢力に抗して弁体３６を前方へ摺
動させる。従って弁体３６の先端に形成されたニードル
部３８は噴射口１８方向へ移動し、開口面積を減少させ
るようになる。ノズル１６内へ供給される燃料圧力は一
定に保たれているため、噴射口１８の開口面積の減少に
伴って燃料噴射量は減少することになる。この場合、バ
イメタル８８の熱膨張によってニードル部３８を移動さ
せるため、噴射口１８の開口面積は断続的に変化するこ
となく連続して減少する。従って通゛心圧又は通電量に
応じた開口面積の変化に伴って噴射口１８から噴射され
る燃料量も連続して変化する。

バイメタル８８の湾曲によってさらに弁体３６が１ｆｆ
ｆ動しニードル部３８か噴射口１８内に押し込まれて設
定した最少噴射量に達すると、最少噴射量調節ナツト５
４がノズル基部１２の後端面に係合当接してロッド部材
４４の摺動か阻止される。

このためニードル部３８の移動も停止して噴射口１８か
ら噴射する必要最少限の燃料か確保される。

次のステップ２０８ではノズル位置センサからノズル開
口度合に応じたロット部材４４の移動量を検出し、これ
に基づいて燃料噴射量Ｆを演算する。燃料噴射量Ｆが演
算されると、次のステップ２１０で所定の空燃比（理論
空燃比）となるように、ファンモータ１２４によって供
給される空気：ｉＱを演算し、次いでステップ２１２に
おいてファンモータ１２４の回転数ＮＥｏを定め、ステ
ップ２１４へ移行する。ステップ２１４では回転数セン
サ１２１からファンモータ１２４の回転数ＮＥを読み込
みステップ２１６へ移行してステップ２１２で定めた設
定回転＠Ｎ　Ｅ、と現在の回転数ＮＥとを比較する。こ
こてＮＥｏ＞ＮＥの場合はステップ２１８へ移行してフ
ァンモータ１２４の回転数を増加させ、ＮＥｏ　＜ＮＥ
の場合はステップ２２０へ移行してファンモータ１２４
の回転数を減少させる。またＮＥｏ　＝ＮＥの場合はス
テップ２１８又はステップ２２０を飛び越し゛て現在の
回転数を維持してステップ２０２へ移行する。これによ
り、燃料噴射量の変化に拘らず常に理論空燃比を保持す
ることかできる。

次に噴射口１８から噴射する燃料量を増加させる場合に
ついて説明する。

燃料噴射量の増加が必要な場合、すなわち、ステップ２
０４でＴＮＴ、と判定された場合にはステップ２０７へ
移行して駆動回路１２２からの電力量が停止又は減少さ
せた後ステップ２０８へ移行する。これにより、ヒータ
９０の発熱か停止又は減少するようになる。ヒータ９０
の発熱量の停止又は減少によってバイメタル８８はロッ
ド部材４４と反対側（第１図右方）へ凸に湾曲する。こ
のためロッド部材４４は圧縮コイルスプリング５８の付
勢力によって後方へ摺動し、さらにこれと同時に弁体３
６は圧縮コイルスプリング４２の付勢力によって後方へ
摺動する。従って弁体３６の先端に形成されたニードル
部３８は噴射口１８から離反する方向へ移動し、開口面
積を増加させるようになる。ノズル１６内へ供給される
燃料圧力は一定に保たれているため、噴射口１８の開口
面積の増加に伴って燃料噴射量は増加することになる。

この場合にもバイメタル８８によってニードル部３８を
移動させるため、噴射口１８の開口面積は断続的に変化
することなく連続して増加する。従って開口面積の変化
に伴って噴射口１８から噴射される燃料量も連続して変
化する。

バイメタル８８の湾曲によってさらに弁体３６か摺動し
ニードル部３８か噴射口１８からは反して設定した最大
噴射量に達すると、最大噴射量調部ナツト８４か支持部
材７２の底壁７８に係合当接してロッド部材４４の摺動
が阻止される。このためニードル部３８の移動も停止し
て噴射口１８から噴射する燃料の最大量が制限される。

このような、燃料噴射量の増加後はステップ２０８から
ステップ２２０の制御がなされるので前述と同様にノズ
ル位置センサによって検出し、ファンモータ１２４の回
転数を制御（この場合は回転数増加）して、所定の空燃
比（理論空燃比）を保持することができる。

このように本実施例においては、噴射口１８の実質的１
３１１０而桔を決定するニードル部３８をバイメタル８
８の熱膨張によって連続的に移動させるため、噴射口１
８の開口面積によって決定される燃料噴射量は連続的に
安定して調節でき、しかも任意の噴射量に設定すること
がてきると共にこの噴射量に応じてファンモータの回転
数も制御しているのて、空燃比が変化することはなく、
常に所定の空燃比を保持することかできる。また、点火
時においても小燃焼で安定した燃焼をさせることができ
るので、点火時の騒音も低減することかできる。

なお、本実施例においてはバイメタル８８か常温でノズ
ル１６方向へ凸に湾曲して形成される構成としたが、こ
れに限らず常温で平板に形成するかあるいはノズル１６
の反対方向へ凸に湾曲して形成するａ成であプてもよい
。また、バイメタル８８を形状記憶合金とする構成とし
てもよい。

さらに、弁体を軸線方向へ移動させるための移動手段と
しては第７図乃至第１４図に示される構造のものであっ
てもよい。以下に各図面のａ造を個々に説明するか、前
述の実施例と基本的に同一の部品には同一の符号を付与
しその説明を省略する。

第７図は移動手段なモータ（ステップモータ）１２６と
モータ１２６の出力軸に固定されたカム１２８とで構成
した実施例であり、カム１２Ｂがモータ１２６によって
回転されると弁体３６と係合するロット部材４４か移動
するようになっている。

また、：ｊＳＢ図は、シリンダ１３０内にオイル１３２
を注入し、ヒータ９０を発熱させてオイル１３２を膨張
させ、ピストン１３４を介してロッド部材４４か移動さ
せるようにした場合の実施例である。

次に第９図は、ピニオン１３６をモータ（ステップモー
タ）１３８により回転させラック１４０を直線運動させ
てロッド部材４４を移動させるようにした場合の実施例
である。

第１０図は、空気圧装ｍ　ｌ　４２から送給された空気
によってダイヤフラム１４４がピストン１４６を動かし
、これによってロット部材４４を移動させるようにした
実施例である。

また、第１１図は、油圧袋ｆｉ１４８からシリンダー１
５０内へ油を送給し送給された抽ばよってシリンダー１
５０内に配置されたピストン１５２を動かすことにより
、このピストン１５２へ連結されたロッド部材４４を移
動させるようにしだ場合の実施例である。

次に第１２図は、ステップモータを利用したものでステ
ータコイル１５４への通電を電子制御回路の信号によっ
て変えることによりロータ１５６を正転または逆転させ
、スクリュウジヤツキ機構を介してロット部材４４を移
動させるようにした実施例である。

また、第１３図は、モータ（ステップモータ）１５８の
出力軸に連結された円柱部材１６０の表面に螺旋溝１６
２を設け、円柱部材１６０をモータ１５８によって回転
させることによりロッド部材４４上のピン１６４を溝１
６２に沿って動かし、これによってロッド部材４４を移
動させるようにした実施例である。

第１４図は、ソレノイド１６６のプランジャ１６８をロ
ッド部材４４の端面と同軸的に対応配置させ、このプラ
ンジャ１６８の軸線方向移動によりロッド部材４４を移
動させるようにした実施例である。

なお、本実施例のガンタイプバーナは業務用（例えば穀
物の乾燥用）たけてなく、家庭用給湯ボイラにも適用す
ることがてきる。この場合、小燃焼でも大燃焼ても空燃
比か変化しないのて、湯温の変化か少なくなる。

［発明の効果］ 以上説明した如く本発明に係る燃焼器の空燃比制御装置
は、燃料の供給圧力を変更することなく燃料噴射口で燃
料噴射量を制御でき、かつ燃料噴射量に応して空気量を
制御して所定の空燃比とすることがてきるという優れた
効果を有する。また、本実施例て適用した移動手段を用
いれば燃料噴射ロ開ロ面蹟を連続的に変更することがで
きるという効果もある。′

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例に係る噴射量可変ノズルの断面図、第
２図は第１図のノズル先端部の拡大断面図、第３図は第
１図の要部君視図、第４図は本実施例に係る移動手段の
作動説明図、第５図は制御ブロック図、第６図は制御フ
ローチャート、第７図乃至第１４図は他の実施例に係る
移動手段の作動説明図である。 ＩＯ・・・噴射量可変ノズル、 １６・・・ノズル。 １８・・・噴射口、 ３６・・・弁体、 ９２・・・電子制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料噴射口から噴射された燃料と空気とを混合し
   て燃焼させる燃焼器の空燃比制御装置であって、前記燃
   料噴射口を全開する第１の位置と燃料噴射口を全閉する
   第２の位置との間で移動可能な弁体と、前記弁体を所定
   の燃料噴射量に応じた位置へ移動させる移動手段と、弁
   体の位置に応じて噴射される燃料に対して混合される空
   気の供給量を制御することにより空燃比を所定値に制御
   する制御手段と、を有する燃焼器の空燃比制御装置。