JP2566007B2 - 燃焼制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、燃焼室内にバーナを配し、燃料供給量と燃
焼用空気の供給量との割合を補正する空燃比補正機能を
有する燃焼制御装置に関し、特に、燃料と燃焼用空気と
を予混合させる全一次空気式バーナにおいて効果的であ
る。

［従来の技術］ 例えば、全一次空気式バーナを備えた燃焼機器では、
送風機の制御状態が同じであっても、バーナプレートの
温度に応じて供給される燃焼用空気量が変化する。この
ため、空燃比制御が行われ、適正な空燃比が得られるよ
うに燃料供給量が補正される。この空燃比制御では、適
正な空燃比に応じた燃焼温度が得られているか否かを、
例えばサ−モカップルによってバーナプレートの温度を
検知し、その出力電圧を各燃焼量毎の適正な空燃比に対
応する基準電圧と比較して、燃料供給量の過不足分を補
正する。

この結果、例えば、初期点火（再点火でない場合）等
のcold時における点火初期には、バーナプレートの温度
が低いため、定常燃焼時に比べて多くの燃焼用空気が供
給されるが、このときには、サ−モカップルの温度が低
くその出力電圧が不足しているため、燃料不足の状態と
して検知され、燃料供給量が増加補正されるため、バー
ナには燃焼用空気に応じて適正な空燃比となる量の燃料
が供給される。

こうした燃焼制御装置としては、決定された目標加熱
量に基づいて送風機を制御し、送風機の回転数等の作動
状態を検出して比例弁を制御するものがある。

［発明が解決しようとする課題］ このような、バーナプレートの温度を検知して燃料供
給量を補正するものにおいて、燃焼性の良くない燃料ガ
スを使用した燃焼機器では、cold時の点火初期に、炎が
リフトしないようにするためには、過剰に供給される燃
焼用空気に対して、十分な補正量が確保されなければな
らない。

従って、バーナプレートの温度がある程度高い定常燃
焼時において、適正な空燃比で燃焼用空気および燃料を
それぞれ供給するための送風機の回転数に対する比例弁
の基準電流値の関係が、例えば第７図において実線に示
される場合には、点火時の比例弁の電流値は、破線に示
すように、定常燃焼時の電流値に比べてかなり大きくし
なければならず、これに伴って、基準電流値に対する空
燃比の補正幅を、少なくとも電流値を大きくする側に
は、十分に大きく広げる必要がある。

この結果、空燃比の補正幅が十分に広げられた従来の
ものでは、点火初期には、比例弁は、着火後まもないた
めその温度が十分に上昇していないサ−モカップルによ
る空燃比の補正を受けると、サ−モカップルの出力電圧
は、第８図の破線に示すとおり応答遅れがあるため、目
標加熱量に対するサ−モカップルの基準電圧V1に対して
大きく不足した電圧となる。このため、燃料供給量は、
実線に示すとおり、着火後、サ−モカップルの電圧が基
準電圧V1を越える時間tnまでは、実際に不足している量
よりも多くの燃料を増加させるような補正が行われる。
従って、供給される燃焼用空気に対応した燃料供給量が
得られないとともに、決定された加熱量に応じた燃料よ
り多い燃料を供給することになる。このため、バーナプ
レートが赤熱したり燃焼状態が不安定になり、例えば、
全一次空気式バーナを備えた給湯器のように、必要に応
じて排気筒の延長をしなければならない燃焼機器では、
共鳴音等の騒音が発生しやすくなる。また、過剰な燃料
が目標加熱量に応じた供給量に減少するまでに時間が掛
かる。

一方、決定された目標加熱量が、点火初期には燃焼領
域内の中間部や比較的大きく、その後、給湯量の変更等
によって小さくなると、サ−モカップルの温度は、変更
後の目標加熱量における基準温度に対しては十分高い温
度として検知される。

この場合、変更後の基準温度に対してサ−モカップル
の温度が高すぎると、燃料供給量を減らすように補正さ
れるため、炎がリフトして失火しやすくなる。このた
め、目標加熱量が変化した場合には、適正な空燃比補正
が行われる必要がある。

本発明は、cold時における最小加熱量付近での点火初
期のサ−モカップルの応答遅れによる影響をなくし、適
正な空燃比が得られ目標加熱量に応じた燃焼量が得られ
るとともに、燃焼量が変更される場合にも、適正な空燃
比が得られる燃焼制御装置を提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、ケーシング内にバーナを配し、該バーナへ
の燃料供給路中に燃料調節弁を設けるとともに、前記バ
ーナへ燃焼用空気を供給するための送風機を設け、目標
加熱量に応じて前記燃料調節弁および前記送風機を制御
するとともに、前記バーナの温度を検知する温度検知手
段と、基準温度に対する前記温度検知手段の検知温度に
応じて前記バーナへの燃料供給量の補正量を決定する空
燃比補正手段とを備えた燃焼制御装置において、前記空
燃比補正手段は、前記基準温度を前記目標加熱量に応じ
て決める基準温度決定手段と、前記目標加熱量に応じて
前記基準温度より低い初期基準温度を決める初期基準温
度決定手段と、点火後の所定時間を計時する計時手段を
備え、該計時手段の作動中には、前記初期基準温度に基
づいて燃料供給量を補正するとともに、前記検知温度が
前記基準温度より高くなった場合には、前記計時手段の
作動を終了させ前記初期基準温度に基づいた前記燃料供
給量の補正を終了するとともに、前記基準温度に基づい
た前記燃料供給量の補正を開始することを技術的手段と
する。

［作用］ 本発明では、バーナが点火されると、温度検知手段の
温度は、応答遅れを伴って次第に上昇する。

点火後、所定時間が経過するまでは、燃料供給量を補
正するための初期基準温度が、基準温度より低く設定さ
れている。

このため、温度検知手段の温度が基準温度まで十分に
高くならなくても、ある程度時間が経過すると、検知温
度は初期基準温度を越え、その後は、燃料供給量は減少
補正される。

一方、所定時間が経過するまでの間に、燃焼量が変更
されて小さくなった場合には、それに伴って基準温度お
よび初期基準温度が低くなる。

このとき、温度検知手段の温度が、変更後の燃焼量に
おける基準温度より高い温度であると、計時手段の計時
が終了し、以後は基準温度に基づいて燃料供給量が補正
される。

［発明の効果］ 本発明では、点火初期には、初期基準温度に基づいて
空燃比が補正されるため、比較的早い時期に燃料供給量
を減らすことができる。従って、温度検知手段の温度
が、十分に高くなっていない点火初期において、温度検
知手段の検知遅れの影響を受けることが少なく、燃料供
給量を速やかに減らすことができ、空燃比を適正にする
ことができる。

また、燃焼量が変更されて小さくなり、温度検知手段
の温度が基準温度を越えた場合には、その時点で基準温
度に基づいた補正が始まるため、適正な空燃比に早く補
正される。

［実施例］ 次に本発明を実施例に基づいて説明する。

第２図にその概略を示すガス給湯器１では、給湯器ケ
ース10の内部にセラミックス製のバーナプレート11が配
され、給湯器ケース10によって燃焼室10aと混合室10bが
形成され、給湯器ケース10の下方に、燃焼用空気を供給
する送風機12を備えている。

送風機12は、スクロールケーシング12a内に羽根車12b
を備え、図示しないモータによって羽根車12bを回転駆
動する。スクロールケーシング12aには燃料ガスを噴出
するノズル13が設けられている。

バーナプレート11には、多数の炎口11aが形成され、
給湯器ケース10およびバーナプレート11は、送風機12に
よって供給される一次空気のみで燃焼する全一次空気式
バーナを形成し、燃焼排ガスは図示しない排気口から給
湯器ケース10外へ排出される。なお混合室10b内には、
送風機12によって供給される混合気を均等にバーナプレ
ート11へ供給するために、多数の穴が設けられた整流板
10cが配されている。

燃焼室10a内には、バーナプレート11の近傍に、火花
放電を行うスパーカ電極14、バーナプレート11の温度を
検知するためのサ−モカップル15が設けられている。

ここでは、サ−モカップル15が、炎の影響を直接受け
ないようにするため、バーナプレート11では、サ−モカ
ップル15の近傍には、炎口11aが形成されていない。

燃焼室10a内には、図示しない水供給源および給湯口
とそれぞれ接続された熱交換器16が設けられ、熱交換器
16の上流には流入水量を検出する流量センサ17、流入水
温を検知する入水温サーミスタ18が備えられ、熱交換器
16の下流には、加熱された湯水の温度を検知するための
出湯温サーミスタ19が備えられている。

燃料ガスをノズル13へ導く燃料管20には、上流側から
順に燃料ガスを遮断するための元電磁弁21、主電磁弁22
と、燃料ガスの下流側の圧力を通電電流値に応じて調節
するガバナ比例弁23がそれぞれ設けられている。

制御装置40は、マイクロコンピュータ（マイコン）を
中心としてあらかじめ組み込まれたプログラムによって
必要な制御動作を行うもので、第３図に示すとおり、点
火制御部41、温調制御部42、燃焼制御部43の各機能部か
らなる。

点火制御部41は、熱交換器16への水の流入が検知され
ると、所定のシーケンスで各電磁弁21、22を開くととも
に、スパーカ電極14が火花放電をする点火制御を行う。

温調制御部42は、流量センサ17、入水温サーミスタ1
8、出湯温サーミスタ19の各検知信号およびコントロー
ラ50による設定温度に基づいて燃焼制御部43を制御する
ための燃焼量を決定する。

燃焼制御部43は、送風機制御部44、比例弁制御部45、
空燃比補正部46の各機能部からなる。

送風機制御部44は、温調制御部42で決定された燃焼量
に応じて、送風機12のモータへの印加電圧を最小電圧Vm
inから最大電圧Vmaxまでの間で制御する。

比例弁制御部45は、送風機12のモータの回転数Ｎを検
出して、検出された回転数Ｎに基づいてガバナ比例弁23
への電流値を制御する。

ここでは、第４図の実線Ａに示すとおり、検出される
送風機12の回転数Ｎに応じて、最小回転数Nminから最大
回転数Nmaxまでの間、基準電流値Isを決定する。

基準電流値Isは、後述する空燃比補正部46による空燃
比補正の補正量に応じて、第４図の破線Ｂから破線Ｃの
間の補正幅Waをもって補正電流値Irに補正され、ガバナ
比例弁23には、補正電流値Irが通電される。

ここでは、実線Ａに示す基準電流値Isに対して、十分
な補正幅Waが得られるように、燃料補正量が決定されて
いて、破線Ｂに示すとおり、十分な増加補正量を与える
ことによって着火性を向上させるとともに、破線Ｃに示
すように、減少補正量についても、図示しない排気筒の
延長等によって、燃焼用空気の供給量が少なくなる場合
にも対応できるように、補正電流値Irが基準電流値Isよ
りかなり少なくなるように設定されている。この結果、
ガバナ比例弁23への電流値Ｉは、例えば、送風機12の最
小回転数Nminに対しては、電流値I1〜I2の間で補正さ
れ、最大回転数Nmaxに対しては、電流値I3〜I4の間で補
正される。

空燃比補正部46は、サ−モカップル15の検知温度に応
じた出力電圧Ｖを基準電圧Vsあるいは初期基準電圧Vpと
比較して燃料供給量の補正量を決定し、その補正量によ
って比例弁制御部45の基準電流値Isを補正するもので、
サ−モカップル15の出力電圧Ｖが各基準電圧Vs、Vpのと
きに前述の基準電流値Isをガバナ比例弁23へ与え、サ−
モカップル15の出力電圧Ｖが基準電圧Vsに対して高い場
合には、燃料供給量を減らすように補正量を決定し、逆
に低い場合には、燃料供給量を増やすような補正量を決
定する。

基準電圧Vsは、バーナプレート11の温度が十分に高く
なった定常燃焼時において、適正な空燃比が得られるよ
うに、燃焼量に対応してそれぞれ予め決められた電圧値
で、第５図の実線Ｄに示すとおり、燃焼量が大きいほど
高い基準電圧Vsが決められ、点火後、所定時間ta（例え
ば４分間）のタイマ部46aの作動が終了した後の基準値
とされるものである。

一方、初期基準電圧Vpは、点火後、cold時の点火初期
において、燃料供給量が過剰にならず、速やかに減少で
きるようにするために設定されたもので、タイマ部46a
の作動中における基準値として設定されている。

初期基準電圧Vpは、第５図の破線Ｅに示すとおり、基
準電圧Vsよりも低く設定されていて、以下、第１図に示
すとおり変化する。

点火とともにタイマ部46aの計時が開始され（ステッ
プ１）、サ−モカップル15の出力電圧Ｖが、その燃焼量
における基準電圧Vsより低い場合には（ステップ２にお
いてYES）、タイマ部46aによって計時される点火後の経
過時間ｔに応じて初期基準電圧Vpが算出される（ステッ
プ３）。このステップ３は、所定時間taが経過するまで
（ステップ４においてNO）、出力電圧Ｖが基準電圧Vsよ
り低い限り繰り返される。

従って、初期基準電圧Vpは、第５図の矢印Ｆに示すと
おり、徐々に高く変更されて次第に基準電圧Vsに近付
く。

所定時間taが経過すると（ステップ４においてYE
S）、初期基準電圧Vpの算出は終わり、基準電圧Vsが基
準値になる（ステップ５）。

一方、点火後、所定時間taが経過する前に、例えば給
湯量の変化や設定温度の変更によって、温調制御部42で
決定される燃焼量が変化して、燃焼量が小さくなった場
合には、サ−モカップル15の出力電圧Ｖは、変更後の燃
焼量における初期基準電圧Vpに対して高くなることがあ
る。

この場合に、空燃比の補正が、変更後の燃焼量におけ
る初期基準電圧Vpに基づいて行われると、出力電圧Ｖと
初期基準電圧Vpとの差が大きすぎるため、燃焼用空気に
対する燃料供給量が少なくなって不足し、適正な空燃比
が維持されないため、燃焼性の悪い燃料ガスでは、炎が
リフトしてあるいは失火する場合が生じる。

そこで、サ−モカップル15の出力電圧Ｖが基準電圧Vs
より高くなった場合には（ステップ２においてNO）、そ
の時点でタイマ部46aの作動を終了させてしまい（ステ
ップ６）、以後の空燃比補正は基準電圧Vsを基準値とし
て行われる（ステップ５）。これにより、そのまま、初
期基準電圧Vpに基づいて空燃比補正が行われる場合と比
較して、早く適正な空燃比に補正される。

従って、サ−モカップル15の出力電圧Ｖが同じであっ
ても、燃焼量あるいは点火後の経過時間ｔに応じて、そ
れぞれ異なった燃料補正量が決定され、それによって燃
料ガスは増加されたり減少されたりする。

次に以上の構成からなる本実施例のガス給湯器１の作
動を第６図を参考に説明する。

時間t1に、使用者が、図示しない水栓を操作して給湯
を開始して通水が検知されると、所定のシーケンスで点
火制御が行われ、タイマ部46aの計時が開始される。

この点火制御では、送風機12には温調制御部42で決定
される燃焼量Q1に応じた電圧が印加される。また、ガバ
ナ比例弁23には、送風機12の回転数Ｎに応じた点火用電
流値が通電される。

着火後の空燃比補正では、決定された燃焼量Q1におけ
る初期基準電圧Vp1が経過時間ｔに応じて算出され、実
線Ｇに示すとおり、徐々に高く変更さら、それに基づい
て空燃比補正が行われる。

一方、サ−モカップル15の出力電圧Ｖは、一点鎖線Ｈ
に示すとおり、初期基準電圧Vp1に対して低いため、燃
料ガスは、実線Ｊに示すとおり、決定された燃焼量Q1に
対応した供給量P1よりも多く供給される。

サ−モカップル15の出力電圧Ｖは、バーナプレート11
の温度上昇とともに次第に上昇し、時間t2に、初期基準
電圧Vp1に到達すると、燃料ガスの供給量は減少する。

以後、決定される燃焼量が、実線Ｋで示すとおり、所
定時間taが経過するまで変化しない場合には、徐々に高
くなる初期基準電圧Vp1に基づいて空燃比補正が行わ
れ、時間t3に、所定時間taが経過すると、燃料補正量を
決定するための基準値は、基準電圧Vs1に固定され、以
後、サ−モカップル15の出力電圧Ｖは、基準電圧Vs1と
比較され、その差に応じて燃料補正量が決定される。

一方、所定時間taが経過する前の時間txに、破線Ｌに
示すとおり、例えば流量変更等によって決定燃焼量が燃
焼量Q2に変化した場合には、サ−モカップル15の基準値
は、初期基準電圧Vp2に変更される。また、所定時間ta
計時後の基準値は基準電圧Vs2に変更される。

このとき、サ−モカップル15の温度は十分に高くなっ
ていて、出力電圧Ｖは、破線Ｍに示す変更後の基準電圧
Vs2よりも高くなっているため、タイマ部46aの作動は終
了し、基準電圧Vs2を基準値として空燃比補正が行わ
れ、二点鎖線Ｏで示される初期基準電圧Vp2による補正
は行われない。

この結果、サ−モカップル15の出力電圧Ｖは、一点鎖
線Ｔのように下降し、破線Ｒに示すとおり、適正な空燃
比が早く得られる燃料ガスが供給され、変更後の燃焼量
Q2に対応する燃料供給量P2に対して大きく不足すること
がなく、安定した燃焼が行われる。

以上のとおり、本実施例では、サ−モカップル15の応
答遅れによる影響を受けることなく、サ−モカップル15
の温度が低くても、燃料供給量を減らすことができる。

従って、空燃比が一定の基準電圧に基づいて補正され
る従来の燃焼制御装置に比べて、燃料供給量を、早く決
定された燃焼量に対応した量付近まで確実に減らすこと
ができる。

また、点火初期と定常燃焼時とでは、基準温度が異な
り、空燃比の補正幅を広くすることができるため、燃焼
性の悪い燃料でも燃焼状態が安定する。従って、共鳴音
等の騒音が発生することが少なく、またバーナプレート
の赤熱を防止することができる。

さらに、点火後の燃焼量が、変更されて小さくなった
場合にも、変更後の燃焼量に応じた適切な空燃比補正が
行われるため、安定した燃焼が得られ、リフト、失火等
を生じない。

本実施例では、給湯器ケース内にバーナプレートを配
して、その温度を検知するようにしたが、バーナプレー
トを設けない燃焼器においても、バーナの温度を検知す
れば、同様に制御することができる。

本実施例では、ガス給湯器を示したが、暖房機でもよ
く、加熱源はガスに限定されず、石油等による燃焼機器
でもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例の作動説明のための流れ図、第２図は
本実施例のガス給湯器の構成を示す概略図、第３図は本
実施例のガス給湯器の制御装置の機能構成を示すブロッ
ク図、第４図は本実施例における送風機の回転数とガバ
ナ比例弁の電流値との関係を示す特性図、第５図は本実
施例の空燃比補正における基準値を示す特性図、第６図
は本実施例における作動説明のためのタイムチャート、
第７図は従来の燃焼制御装置における送風機の回転数と
ガバナ比例弁の電流値との関係を示す特性図、第８図は
従来の燃焼制御装置における作動を示すタイムチャート
である。 図中、10……給湯器ケース（ケーシング）、11……バー
ナプレート（バーナ）、12……送風機、15……サ−モカ
ップル（温度検知手段）、20……燃料管（燃料供給
路）、23……ガバナ比例弁（燃料調節弁）、40……制御
装置（燃焼制御装置）、46……空燃比補正部（空燃比補
正手段）、46a……タイマ部（計時手段）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケーシング内にバーナを配し、該バーナへ
   の燃料供給路中に燃料調節弁を設けるとともに、前記バ
   ーナへ燃焼用空気を供給するための送風機を設け、目標
   加熱量に応じて前記燃料調節弁および前記送風機を制御
   するとともに、前記バーナの温度を検知する温度検知手
   段と、基準温度に対する前記温度検知手段の検知温度に
   応じて前記バーナへの燃料供給量の補正量を決定する空
   燃比補正手段とを備えた燃焼制御装置において、前記空
   燃比補正手段は、前記基準温度を前記目標加熱量に応じ
   て決める基準温度決定手段と、前記目標加熱量に応じて
   前記基準温度より低い初期基準温度を決める初期基準温
   度決定手段と、点火後の所定時間を計時する計時手段を
   備え、該計時手段の作動中には、前記初期基準温度に基
   づいて燃料供給量を補正するとともに、前記検知温度が
   前記基準温度より高くなった場合には、前記計時手段の
   作動を終了させ前記初期基準温度に基づいた前記燃料供
   給量の補正を終了するとともに、前記基準温度に基づい
   た前記燃料供給量の補正を開始することを特徴とする燃
   焼制御装置。