JPS63263320A - 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
の熱風温度は、バーナて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′ｖＡｎ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
吐出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、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があ
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が目的で
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、燃焼器本体に
設けられた燃料流通路に取り付けられ燃料噴射口へと至
る燃料量を変更可能な弁体と、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を備え、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、燃料噴射口からの
燃料噴射量を検出する燃料噴射量検出手段と、弁体の位
置に応じて燃料噴射口から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７Ｂ（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所
定位置へ移動させ位置決めすることにより、燃料排出路
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、所定の燃焼状態（熱風温度）とするこ
とができる。すなわち、熱風温度を下げたい場合は、弁
体で燃料流通路から燃料噴射口へと至る燃料を制限する
。

これにより燃料噴射口から噴射される燃料量は減少する
。また、熱風温度を上げたい場合は移動手段で弁体を移
動して燃料の燃料噴射口への制限を解除する。これによ
り、燃料流通路から燃料噴射口へと至る燃料は増加する
。このように、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
更させることができる。ここで、本発明では燃料噴射量
検出手段で燃料噴射量を検出し、制御手段でこの燃料と
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］ 第１図には本実施例に係るガンタイプバーナｌＯが示さ
れている。

ノズル基部１２は略円筒形で、燃料流通路である内孔１
３の先端部（第１図左片側）は拡径され、雌ねじ部１４
が形成されている。内孔１３の後端部にも拡径され燃”
料排出路１５と連通されている。ノズル基部１２の前記
雌ねじ部１４にはノズル１６に形成された雄ねじ部２ｏ
が螺合されている。

ノズル１６は軸方向断面形状か略Ｕ字形で、先端には噴
射口１８が形成されている。ノズル１６の開口側内周に
は雌ねじ部２４が形成され、内孔１３の開口面積を小さ
くする案内部材２６か螺合されている。

第２図及び第３図に示される如く、案内部材２６の外周
一部には切欠部が形成され燃料通過部３０とされている
また案内部材２６の先端部には放射状に溝３２が形成さ
れている。これにより、ノズル１６内に案内部材２６が
配設された後は。

供給された燃料が燃料通過部３ｏ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。

ノズル基部の噴射方向後端部には弁体３６か軸線方向へ
摺動可能に挿入されている。弁体３６は棒状で先端は先
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３４内を摺動することによりニードル部３８が
ノズル基部１２の中間部に形成された小径部３５におけ
る燃料排出路１５と連通される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１（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とノズル基部１２の後端面との間に圧
縮コイルばね４２が配置されている。これにより、弁体
３６は圧縮コイルばね４２の付勢力で噴射口１８と反対
方向（第１図右方向）へ付勢されている。

弁体３６の後−面には弁体３６と同軸的に配置されたロ
ッド部材４４の一端部が当接されている。ロッド部材４
４は棒状で後端部は移動手段４５である駆動部（本実施
例ては第４図に示すバイメタル８８を適用）と当接され
ている。

ノズル基部１２の小径部３５には軸直角方向の孔４７が
設けられ、燃料供給管９４が取り付けられている。燃料
供給管９４は図示しないポンプに連結されている。ポン
プは燃料を一定の圧力及び一定流量で吐゛出しており、
案内部材２６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。な
お、前記燃料排出路１５は燃料排出管９７によりポンプ
の前流の燃料管（図示省略）と連通されている。

ところでこめ場合、ニードル部３８によって小径部３５
の燃料排出路１５との連通部が開口されていると、その
開口面積に比例した分、燃料は燃料排出路１５へと案内
され、燃料噴射口１８へと至る燃料が減少されることに
なる。すなわち、供給される燃料をニードル部３８の位
置による小径部３５の開口面積に応じて燃料噴射口１８
及び燃料排出路１５への分配量を変更する構成となって
いる。

ノズル基部１２には直上へ点火プラグ９８がホルダー１
００を介して取付けられている４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
上方に位置している。この点火プラグ９８は、高電圧発
生用の点火トランス９９と連結されている。

第４図に駆動部４５の一例として示したバイメタル８８
の後方面にはヒータ９０が取付けられ。

ざらにヒータ９０は駆動回路１２２（第５図参照）を介
して電子制御回路９２に接続され、この電子制御回路９
２からの信号て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
とで圧縮コイルばね４２の付勢力に抗してロッド部材４
４及び弁体３６を押圧し前方（第１図左方）へ摺動させ
、これによって弁体３６のニードル部３８を小径部へ接
近する方向へ移動させるようになっている。

電子制御回路９２は、第５図に示される如く、ＣＰＵ１
０２．　ＲＯＭ１０４．　ＲＡＭ１０６、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
スやコントロールバス等のバス１１２を含んでＭａ成さ
れている。入力ポート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が接続されると共に、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１１８、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１１０には、駆
動回路１０２を介してファンモータ１２４の信号線が接
続され、ＣＰＵ１０２は、駆動回路１２２を制御するこ
とによっｔ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
、入力ポート１０８へ入力されるようになっている。上
記ＲＯＭ　１０４には以下で説明する制御ルーチンのプ
ログラムが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
説明する。

まず、ステップ２００で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１点火トランス９９が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ポンプが作動して
燃料が供給され始める。ポンプから供給される燃料は一
定の吐出圧及び吐出量で燃料供給管９４から内孔１３へ
至り、さらに案内部材２６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ｌＯか着火されると、点火
プラグ９８による放電は停止されるが、噴射口１８から
の燃料噴射は連続して行なわれる。

次のステップ２０２では、熱風温度センサ１１８で検出
された熱風温度ＴがＲＡＭ　１０６から読み込まれ、ス
テップ２０４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。”ｒ＜”ｒｏの場合は、噴
射口１８から噴射する燃料量を増加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１０２からの電力量を増加し、ヒータ９０を発熱
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が熱膨張しロット部材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
コイルばね４２の付勢力に抗してロッド部材４４及び弁
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は小径部３５を閉止する方向へ
移動し、小径部３５の開口面積を減少させるようになる
。ポンプからの燃料の吐出圧力及び波量は一定に保たれ
ているため、小径部３５の開口面積の減少に伴って燃料
噴射口１８からの燃料噴射量は増加することになる。こ
の場合、バイメタル８８の熱膨張によってニードル部３
８を移動させるので、小径部３５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。従って通電圧又は
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。

次のステップ２０Ｂではノズル位置センサ１２０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量Ｑを演算し、次いでステップ２１
２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
た設定回転数ＮＥ、と現在の回転数ＮＥとを比較する。

ここでＮＥ、＞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べ移行する。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
ことができる。

次に噴射口１８から噴射する燃料量を減少させる場合に
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Ｔ≧Ｔｏ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からの電力量を停止又は減少さ
せた後ステップ２０８へ移行する。これにより、ヒータ
９０の発熱が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
ト部材４４と反対側（第１図右方）へ凸に湾曲する。こ
のためロット部材４４及び弁体３６は圧縮コイルばね４
２の付勢力によって後方へ摺動する。これにより、弁体
３６の先端に形成されたニードル部３８は小径部３５か
ら離反する方向へ移動し、小径部３５の開口面積を増加
させるようになる。この開口面積“に応じた分だけ供給
された燃料は燃料排出路１−５へと案内される。これに
より、燃料噴射口１８からの燃料噴射量は減少されるこ
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。

このような、燃料噴射量の減少後はステップ２０８から
ステップ２２０の制御がなされる。すなわち、前述と同
様にノズル位置センサ１２０によフて検出し、ファンモ
ータ１２４の回転数を制御３１（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
てきる。

このように本実施例においては、噴射口１８の実質的開
口面績を決定するニードル部３８をバイメタル８８の熱
膨張によって連続的に移動させるため、小径部３５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で
きると共にこの噴射量に応じてファンモータ１２４の回
転数も制御しているので、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ができる。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−音も低減することができる。

なお、本実施例においてはバイメタル８８が常温でノズ
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構成であってもよい
、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、弁体な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り
てもよい、以下に各図面の構造を個々に説明するが、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１２８がモータ１２６によって
回転されると弁体３６と係合するロッド部材４４が移動
するようになっている。

また、第８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が移動させる
ようにした場合の実施例である。

次に第９図は、ビニオン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！ｉｊ！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１θ図は、空気圧装置１４２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
れによってロッド部材４４を移動させるようにした実施
例である。

また、第１１図は、油圧装置１４８からシリンダー１５
０内へ油を送給し送給された油によってシリンダー１５
０内に配設されたピストン１５２を動かすことにより、
このピストン１５２へ連結されたロット部材４４を移動
させるようにした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ド部材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）１５Ｂ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上のピント６４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
ット部材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ト部材４４を移
動させるようにした実施例である。すなわち、プランジ
ャ１６Ｂの基部１７０の周囲に配設された電磁石１７２
へ通電することにより、プランジャ１６８を第１４図左
方向へ移動させる構成である。なお、電磁石１７２が非
通電状態ではプランジャ１６８は圧縮コイルばね１７４
の付勢力で第１４図右方向へ移動されるようになってい
る。

なお１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）だけでなく、家庭用給湯ボイラにも適用す
ることができる。この場合、小燃焼でも大燃焼でも空燃
比が変化しないので、湯温の変化が少なくなる。

また、本実施例ては小径部３５の中間部から燃料を供給
し、燃料排出路への燃料の案内量をニードル部３８で制
限して燃料噴射口へと至る燃料量を制御したが、ポンプ
の吐出口を燃料排出路１５と連通させ、この燃料排出路
１５から小径部１３へ燃料を供給するようにしてもよい
、この場合は、第１図に示す燃料供給路９４は不要とな
り。

弁体３６を移動させるための制御は逆となる。すなわち
、燃料噴射口１８からの燃料の噴射量を増加させたい場
合は、弁体３６を第１図右方向へ軸線移動させ（ヒータ
９０への非通電）、燃料噴射口１８からの燃料の噴射量
を減少させたい場合は、弁体３６を第１図左方向へ移動
させるようにする（ヒータ９０への通電）。

［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という優れた
効果を有する。また１本実施例で適用した移動手段を用
いれば燃料噴射口開口面積を連続的に変更することかで
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図の要部斜視図、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。 ｌＯ・・・ガンタイプバーナ、 １６・・・ノズル、 １８・・・噴射口、 ３６・・・弁体。 ９２・・・電子制御回路。 第２図 第３図 第４図 第５図 第７図 第８図 第１０図 ＋５０　　１５２ 第１２図 第１３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　燃焼器本体に設けられた燃料流通路に取り付け
   られ燃料噴射口へと至る燃料量を変更可能な弁体と、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
   動手段とを備え、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、燃料噴射口からの燃料噴射量を検出する燃料噴射量
   検出手段と、弁体の位置に応じて燃料噴射口から噴射さ
   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。