JPH085596A

JPH085596A - 理論空燃比の検出方法及び検出装置ならびに空燃比制御方法及び装置

Info

Publication number: JPH085596A
Application number: JP13977794A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Fukui; 清福井; Sachiko Nishimura; 幸子西村; Mitsuteru Nishida; 光輝西田; Yoshio Takahashi; 祥夫高橋
Original assignee: KOGAI KENKO HIGAI HOSHIYOU YOB; KOGAI KENKO HIGAI HOSHIYOU YOBOU KYOKAI; NIPPON GAS KYOKAI; New Cosmos Electric Co Ltd
Current assignee: KOGAI KENKO HIGAI HOSHIYOU YOB; KOGAI KENKO HIGAI HOSHIYOU YOBOU KYOKAI; NIPPON GAS KYOKAI; New Cosmos Electric Co Ltd
Priority date: 1994-06-22
Filing date: 1994-06-22
Publication date: 1996-01-12

Abstract

(57)【要約】【目的】耐熱性、耐熱衝撃性ならびに耐腐食性等の問
題を気にすることなく、原料成分の混合割合の不明な気
体燃料ガスの理論空燃比を簡単な構成で検出できる理論
空燃比の検出方法を得、この検出に使用される検出装置
を得、さらに、これによって燃焼装置の空燃比制御を良
好に行える制御方法及び装置を得る。【構成】主成分として炭素数４以下の炭化水素が任意
の割合で混合される気体燃料ガスの理論空燃比を求める
理論空燃比の検出する場合に、気体熱伝導式センサを使
用して、主成分として炭素数４以下の炭化水素が既知の
割合で混合された複数の基準混合ガスに対する前記セン
サ出力と前記複数の基準混合ガスの理論空燃比との関係
指標を予め求めておき、この指標に従って理論空燃比を
求めるとともに、求められた理論空燃比により燃焼機関
の空燃比制御をおこなう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車、ボイラ、燃焼
炉等へ供給する各種ガス燃料の理論空燃比を検出する方
法、この方法を採用する検出装置に関するとともに、前
述の検出方法もしくは検出装置を採用する燃焼装置に於
ける空燃比制御方法及び空燃比制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料を燃焼させる場合に、燃料と空気と
の混合比を適正に保持するいわゆる空燃比制御が行われ
る。例えば、内燃機関、自動車では、省エネルギー及び
環境保全の両面から、主として理論空燃比による燃焼制
御が行われている。そして、これまでの空燃比制御は、
すべて排ガス中の酸素量の計測に基づいて行われてき
た。即ち、図６に示すように排ガス中の酸素量を酸素セ
ンサ（Ｓ５）を用いて測定し、その値が適正になるよう
に燃料と空気の混合を適切に行うというフィードバック
制御、いわば間接的制御を行っていた。ここで、排ガス
中の酸素量の測定に用いられてきた酸素センサは、ジル
コニアやチタニアなどのセラミックスからなる酸素イオ
ン導電性の固体電解質を用いており、これらは室温近傍
の低温における酸素イオン導電率が著しく小さいため、
十分に機能させるためには数百度以上の高温に保つこと
が必要である。また、機関の負荷の状況に応じて、排ガ
スの温度は絶えず変動し、起動時の常温から最高負荷時
には７００〜８００℃前後にまで変化する。さらに、排
ガス中には、各種材料の腐食要因となる多量の水蒸気と
炭酸ガス、処理の程度により量が変わるＮＯｘが含まれ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従って、これらのこと
から上記酸素センサの構成材料には十分な耐熱性、耐熱
衝撃性ならびに耐腐食性を必要とし、また、酸素センサ
とその保持部との間には十分な断熱処理が必要となる。
結果、酸素センサは必然的に形状が大きく、かつ重量が
嵩むものとならざるを得ない。このことは、自動車等の
ように構成部品の体積と重量が制約を受ける用途には特
に不利な条件となる。

【０００４】さて、近来、自動車、ボイラ、燃焼炉等に
使用される燃料ガスとして、そのクリーンさから、ＬＮ
Ｇ、ＬＰＧ等の気体燃料ガスが使用される。このような
気体燃料ガスの代表例として、都市ガスを挙げることが
できるのであるが、都市ガスはその製造元によって成分
ガスの混合割合が異なり、当然、その理論空燃比も異な
ってくる。従って、各都市間を任意に移動できる自動車
等に於ける空燃比制御を考えた場合、例えば、この自動
車が三元触媒方式により排ガスの処理をおこなうもので
あると、各都市で補給される複数の都市ガスの理論空燃
比を正確に知る必要が生じる。ここで、気体燃料ガス側
で、混合割合の不明な気体燃料ガスの理論空燃比を検出
することも考えられているが、これを構造簡単で嵩の低
いもので行える手法は、未だ確立されていない。一方、
上記した酸素センサを使用する場合は、耐熱性、耐熱衝
撃性ならびに耐腐食性、さらには重量の問題が残存す
る。

【０００５】従って、本発明の目的は、耐熱性、耐熱衝
撃性ならびに耐腐食性等の問題を気にすることなく、原
料成分の混合割合の不明な気体燃料ガスの理論空燃比を
簡単な構成で検出できる理論空燃比の検出方法を得ると
ともに、この検出に使用される検出装置を得、さらに、
これによって燃焼装置の空燃比制御を良好に行える制御
方法及び装置を得ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明による主成分として炭素数４以下の炭化水素が
任意の割合で混合される気体燃料ガスの理論空燃比を求
める理論空燃比の検出方法に於ける本願第１の発明の特
徴手段は、検出対象ガスと概同一の温度に維持され且つ
標準ガスである空気中に配設される標準抵抗体の抵抗値
と、検出対象ガス内に配設される検出抵抗体の抵抗値と
の差からセンサ出力を得る気体熱伝導式センサを使用し
て、主成分として炭素数４以下の炭化水素が既知の割合
で混合された複数の基準混合ガスに対するセンサ出力と
複数の基準混合ガスの理論空燃比との関係指標を予め求
めておき、気体燃料ガスを検出対象ガスとした場合に於
ける気体熱伝導式センサのセンサ出力である検出センサ
出力を得て、関係指標より、検出センサ出力に基づいて
気体燃料ガスの理論空燃比を求めることにある。さら
に、上記の理論空燃比の検出方法において、前記関係指
標が、メタン及びエタンを主成分として混合された前記
基準混合ガスとしての複数のメタン−エタン混合ガスに
対する前記センサ出力と理論空燃比との一次近似関係指
標と、プロパン及びブタンを主成分として混合された前
記基準混合ガスとしての複数のプロパン−ブタン混合ガ
スに対する前記センサ出力と理論空燃比との一次近似関
係指標とから構成されていることが好ましい。

【０００７】一方、主成分として炭素数４以下の炭化水
素が任意の割合で混合される気体燃料ガスを燃焼部に供
給する燃料供給路と、この気体燃料ガスの燃焼に必要な
空気を前記燃焼部に供給する空気供給路とを備え、燃焼
部において気体燃料ガスを燃焼して作動する燃焼装置の
空燃比制御方法に於ける本願第２の発明の特徴手段は、
予め、検出対象ガスと概同一の温度に維持され且つ標準
ガスである空気中に配設される標準抵抗体の抵抗値と、
検出対象ガス内に配設される検出抵抗体の抵抗値の差か
らセンサ出力を得る気体熱伝導式センサを燃料供給路に
備えておいて、本願第１の発明の理論空燃比の検出方法
により、燃料供給路を流れる気体燃料ガスの理論空燃比
を得て、燃焼装置の空燃比を制御することにある。ここ
で、前記燃焼装置が、燃焼部の排気側に三元触媒を配設
する排ガス処理部を備え、燃焼部より排出される排ガス
を三元触媒方式で処理するものであり、空燃比制御が空
燃比を概１に設定するものであることが好ましい。

【０００８】さて、本願第３の発明である理論空燃比検
出装置の特徴構成は、検出対象ガスと概同一の温度に維
持され且つ標準ガスである空気中に配設される標準抵抗
体の抵抗値と、検出対象ガス内に配設される検出抵抗体
の抵抗値との差からセンサ出力を得る気体熱伝導式セン
サを設け、主成分として炭素数４以下の炭化水素が既知
の割合で混合された複数の基準混合ガスに対する前記気
体熱伝導式センサからの前記センサ出力と前記複数の基
準混合ガスの理論空燃比との関係指標を予め記憶した記
憶手段を備え、気体燃料ガスを前記検出対象ガスとした
場合に於ける前記気体熱伝導式センサの前記センサ出力
である検出センサ出力を得る検出手段を備え、前記記憶
手段に予め記憶された前記関係指標より、前記検出手段
により検出される前記検出センサ出力に基づいて、前記
気体燃料ガスの理論空燃比を求める理論空燃比導出手段
を備えたことにある。

【０００９】そして、本願第４の発明である燃焼装置の
空燃比制御装置である、気体燃料ガスを燃焼部に供給す
る燃料供給路と、気体燃料ガスの燃焼に必要な空気を前
記燃焼部に供給する空気供給路とを備え、前記燃焼部に
おいて前記気体燃料ガスを燃焼して作動する燃焼装置の
空燃比制御装置の特徴構成は、検出対象ガスと概同一の
温度に維持され且つ標準ガスである空気中に配設される
標準抵抗体の抵抗値と、前記検出対象ガス内に配設され
る検出抵抗体の抵抗値との差からセンサ出力を得る気体
熱伝導式センサを設け、主成分として炭素数４以下の炭
化水素が既知の割合で混合された複数の基準混合ガスに
対する前記気体熱伝導式センサからの前記センサ出力と
前記複数の基準混合ガスの理論空燃比との関係指標を予
め記憶した記憶手段を備え、前記燃料供給路を流れる前
記気体燃料ガスを前記検出対象ガスとする前記気体熱伝
導式センサの前記センサ出力である検出センサ出力を検
出する検出手段を備え、前記記憶手段に予め記憶された
前記関係指標より、前記検出手段により検出される前記
検出センサ出力に基づいて、前記気体燃料ガスの理論空
燃比を求める理論空燃比導出手段を備えるとともに、前
記理論空燃比導出手段によって求められた前記気体燃料
ガスの理論空燃比に基づいて前記燃焼装置の空燃比を制
御する空燃比制御手段を備えたことにある。そして、こ
れらの作用・効果は次の通りである。

【００１０】

【作用】上記の第１〜第４の発明において利用される基
本原理は、以下に詳細に説明する気体熱伝導式センサの
出力と、主成分として炭素数が４以下の炭化水素を混合
した気体燃料ガスの理論空燃比とが、特定の相関関係を
有することにある。ここで、この関係にあることは、今
般発明者らが、新たに見出したことであり、この基本原
理を利用して、上記の第１〜第４の発明は成立する。従
って、これらの発明においては、検出対象ガスとしての
気体燃料ガス中に気体熱伝導式センサが配設され、この
センサ出力（これを検出センサ出力と呼んでいる）から
理論空燃比が求められる。ここで、本願において対象と
なるガスは、主成分として炭素数４以下の炭化水素が任
意の割合で混合される気体燃料ガスであり、その代表例
としては、天然ガス系都市ガスや液化石油ガス（ＬＰ
Ｇ）などを挙げることができる。

【００１１】先ず気体熱伝導式センサの働きについて説
明すると、これは、標準ガスである空気と検出対象ガス
との熱伝導率の差を利用するものである。即ち、標準ガ
ス中に配設される標準抵抗体と前記検出対象ガス内に配
設される検出抵抗体とを通電状態としておき、加熱状態
にある検出抵抗体に検出対象ガスが触れると、その検出
対象ガスの熱伝導によって熱が奪われ検出抵抗体の温度
が変化するが、この温度変化により検出抵抗体の抵抗値
が変化するのを、センサ出力として取り出すことが可能
である。従って、検出原理が検出対象ガスの熱伝導度に
依存するため、当然、センサ出力は成分ガスの種類や濃
度によって変わる。即ち、センサ出力は検出対象ガスの
組成に依存することにより、当然、検出対象ガスの理論
空燃比とも一定の相関関係を保つこととなる。

【００１２】この状況を図４、図５に示した。これらの
図は、基準混合ガスとして選択した複数の混合ガスにお
ける、センサ出力（ｍＶ）と、理論空燃比との関係を示
すものであり、番号付の各点が表に示す組成比の異なっ
た基準混合ガスに対応している。基準混合ガスの組成を
表１、表２に示した。

【００１３】

【表１】

【００１４】

【表２】

【００１５】さらに、図中、１５、１６は夫々、前者の
ものがエタンとプロパンの混合割合が５０％、５０％の
もの、後者のものがエタンとプロパンの混合割合が２０
％、８０％のものを示している。結果、センサ出力と理
論空燃比は、ガスが、主成分として炭素数が４以下の炭
化水素から構成されている場合、一定の関係を維持する
ことが明らかである。従って、この関係指標（図４、図
５に示すような図表、あるいは数表）によって、任意の
割合で混合されている気体燃料ガスに関して、センサ出
力より理論空燃比を求めることができる。

【００１６】即ち、本願第１の発明の気体燃料ガスの理
論空燃比の検出方法においては、上記のようなセンサ出
力より理論空燃比の関係が関係指標として予め用意さ
れ、気体燃料ガスに対するセンサの出力である検出セン
サ出力を得て、これより気体燃料ガスの理論空燃比が求
められる。この過程を図４、図５上に矢印で示した。

【００１７】さらに、上記の理論空燃比の検出方法にお
いて、前記関係指標を、メタン及びエタンを主成分とし
て混合された基準混合ガスとしての複数のメタン−エタ
ン混合ガスに対するセンサ出力と理論空燃比との一次近
似関係指標と、プロパン及びブタンを主成分として混合
された前記基準混合ガスとしての複数のプロパン−ブタ
ン混合ガスに対する前記センサ出力と理論空燃比との一
次近似関係指標とから構成しておく場合は、図４に示す
ように、比較的空燃比の低いメタン−エタン混合ガス系
に対する関係指標と比較的空燃比の高いプロパン−ブタ
ン混合ガス系に対する指標を、夫々の理論空燃比に良く
適合した一次近似式として得ることができ、これを利用
できる。ここで、このような分類は、実用されている気
体燃料ガスの状態（組成及びその混合割合）を良好に代
表するものである。

【００１８】本願第２の発明の燃焼装置の空燃比制御方
法においては、上述の理論空燃比の検出方法に従って燃
料供給路を流れる気体燃料ガスの理論空燃比が求められ
る。そして、求められた理論空燃比から、燃焼装置を所
定の空燃比で燃焼動作するように空燃比制御が行われ
る。この方法においては、従来のように、空燃比制御を
排ガス側から間接的に行わず、気体燃料ガスの理論空燃
比を直接求めて、それに基づき燃料と空気との適正混合
を行うという直接的制御をおこなうこととなるため、的
確な制御が可能である。また、一般に燃料ガス供給側は
クリーンであるためセンサ自体の寿命を長く保てるとと
もに、正確な検出をおこなうことができる。従って、小
型、軽量、かつ長寿命の気体熱伝導式センサの出力か
ら、迅速かつ容易にガス燃料の理論空燃比を求め、燃焼
装置へのガス燃料の送入量に応じて、空気の送入量を最
適値に制御することが可能となる。この際、理論空燃比
による制御は勿論、空気を過剰に送入するリーンバーン
燃焼制御等も必要に応じて行うことができる。

【００１９】さて、本願第３の発明は、理論空燃比検出
装置に関するものであるが、先に説明した本願第１の発
明を使用するのに必要な構成要素を備えている。そし
て、検出手段により気体熱伝導式センサの検出センサ出
力が得られると、理論空燃比導出手段により、記憶手段
内に格納されている関係指標との比較により、気体燃料
ガスの理論空燃比が求められる。

【００２０】さらに、本願第４の発明の燃焼装置の空燃
比制御装置を使用する場合は、燃料供給路内を流れる気
体燃料ガスに対する気体熱伝導式センサの検出センサ出
力が、検出手段によって得られるとともに、その検出セ
ンサ出力より理論空燃比導出手段により、このガスの理
論空燃比が求まり、この理論空燃比に基づいて、空燃比
制御手段により燃焼装置の空燃比制御が行われる。

【００２１】

【発明の効果】上記の手法で使用される気体熱伝導式セ
ンサの特徴は、（１）気体の熱伝導率という物理的性質
を利用しているため、機構が簡単であり、長期間安定に
作動すること、（２）燃焼反応などを利用しないため
に、酸素を含まないガスや濃度１００％のガス中でも作
動することなどである。従って、検出系を本質的に小
型、軽量に構成できるとともに、長寿命なものとでき
る。さらに、気体熱伝導式センサの作動温度範囲は低温
側では１００℃前後から可能であり、必要に応じて高温
での使用も可能であるため、この点からも従来のように
センサ検出系を大型且つ複雑な構成とする必要はない。
つまり、本発明によれば、小型、軽量、かつ長寿命の気
体熱伝導式センサの出力から、迅速かつ容易にガス燃料
の理論空燃比を求めて、後の用に供することができる。

【００２２】結果、耐熱性、耐熱衝撃性ならびに耐腐食
性等の問題を気にすることなく、原料成分の混合割合の
不明な気体燃料ガスの理論空燃比を簡単な構成で検出で
きる理論空燃比の検出方法を得ることができ、この検出
に使用される検出装置を得、さらに、これによって燃焼
装置の空燃比制御を良好に行える制御方法及び装置を得
ることができた。

【００２３】

【実施例】本願の実施例を図面に基づいて説明する。図
１には、本願の空燃比制御方法（これは本願の理論空燃
比の検出方法を採用している）を使用する空燃比制御装
置を備えた燃焼装置の構造がブロック図で示されてい
る。ここで、燃焼装置としては、内燃機関の代表例であ
るガスエンジン１００の場合を示している。

【００２４】先ず、ガスエンジン１００の構成について
説明すると、このエンジン１００には、都市ガス等の気
体燃料ガスを燃焼部であるエンジン本体１０１に供給す
る燃料供給路１０２と、燃焼用空気をエンジン本体１０
１に供給する空気供給路１０３とを備えて構成されてい
る。そして、エンジン本体１０１から発生する排ガス
は、排ガス路１０４をから排出する構成が採用されてい
る。この排ガス路１０４には、前記排ガスを無害化する
ために、排ガス処理部１０５が設けられている。ここ
で、この排ガス処理部１０５には、所謂白金等の三元触
媒１０６が配設されており、エンジンに供給される混合
ガスの空燃比を概１に調整することにより、良好に排ガ
スの無害化が達成できる構成となっている。即ち、この
ガスエンジンシステムは、排ガスを三元触媒方式で処理
する。

【００２５】次に、このエンジンシステムにおける空燃
比制御の構成に関して説明する。この空燃比制御は、前
述の燃料ガス供給路１０２に備えられる気体熱伝導式セ
ンサＳによって得られる検出センサ出力よりエンジン１
００に供給される気体燃料ガス量に応じて空気量を調節
するものである。そして、この空燃比制御をおこなうた
め、本願の空燃比制御装置１０７が、上述のガスエンジ
ンシステムに備えられている。この空燃比制御装置１０
７は、前述の気体熱伝導式センサＳと、このセンサＳを
使用して、炭素数４以下の炭化水素が既知の割合で混合
された複数の基準混合ガス（後述する表１、表２に示す
混合ガス）に対する、センサ出力と複数の基準混合ガス
の理論空燃比との関係指標（図４もしくは図５に示され
る関係指標もしくは数値表）を予め記憶した記憶手段Ｓ
１と、燃料供給路１０２を流れる気体燃料ガスを検出対
象ガスとする気体熱伝導式センサＳのセンサ出力である
検出センサ出力を検出する検出手段Ｓ２と、記憶手段Ｓ
１に予め記憶された関係指標より、検出手段Ｓ２により
検出される検出センサ出力に基づいて、気体燃料ガスの
理論空燃比を求める理論空燃比導出手段Ｓ３とから構成
されている。さらに、この理論空燃比導出手段Ｓ３によ
って求められた気体燃料ガスの理論空燃比に基づいてエ
ンジン１００の空燃比を制御する空燃比制御手段Ｓ４が
備えられている。ここで、空燃比制御手段Ｓ４は制御ソ
フト及び前述の空気供給路１０３に配設される流量調整
弁１０３ａから主に構成されることとなる。

【００２６】ここで、前述の記憶手段Ｓ１、検出手段Ｓ
２さらに理論空燃比導出手段Ｓ３までの構成で、これで
気体燃料ガスの空燃比が求まるため、理論空燃比検出装
置を構成することとなっている。

【００２７】従ってこの空燃比制御装置１０７より、気
体熱伝導式センサＳによって検出される検出センサ出力
から前記関係指標に基づいて、燃料供給路１０２内を流
れる燃料ガスの理論空燃比が求められ、この理論空燃比
により空気の供給量が制御される。ここで、本実施例の
ように三元触媒法を使用する場合は、前記空燃比は１に
調節される。

【００２８】次に、上記した気体熱伝導式センサＳの構
成及びその働きについて説明する。このセンサＳは、基
本的には、検出対象ガスと概同一の温度に維持され且つ
標準ガスである空気中に配設される標準抵抗体（以下こ
れを補償素子と呼ぶ）９の抵抗値と、前記検出対象ガス
内に配設される検出抵抗体（気体熱伝導式ガス検知素子
と呼ばれ、以下単にガス検知素子という）８の抵抗値と
の差からセンサ出力を得る構成のものであり、このセン
サ出力により、検出対象ガスの熱伝導度を求めること
で、そのガスの特性を検出できるものである。気体熱伝
導式センサＳの使用の一例を、図２に示す。これは、検
出対象ガスが導かれる筐体２をメインフレームとするガ
ス検出室１を備えて構成されている。さらに詳細に説明
すると、ガス導入口３とガス排出口４が設けられ、それ
ぞれ接続金具５，６が取付けられる。筐体２の内部に焼
結金属からなる多孔質のケース７が取付けられる。この
ケース７内にはさらに、前述のガス検知素子８と、その
補償素子９とが設けられ、ガス検知素子８には通孔１０
を有する蓋１１が、また、補償素子９には密閉蓋１２が
被冠される。１３，１４，１５は導体からなるステム
で、ガス検知素子８、補償素子９をそれぞれ支持してい
る。１６は絶縁基台で、蓋１１、密閉蓋１２、ステム１
３〜１５等を絶縁して支持して全体をケース７内に収容
している。１７はＯリングで筐体２内にケース７を密封
収容している。検出対象ガスである燃料ガスはガス導入
口３から検出対象ガスは流入し、ガス排出口４から排出
させるようにし、その間に、ケース７を通してガス検知
素子８にガスを接触させるように構成してある。そし
て、ステム１３と１４，１５と１４の端部間にはそれぞ
れ抵抗器Ｒ₁とＲ₂が接続される。ガス検知室１のステム
１３〜１５にそれぞれ接続されたリード線２０，２１，
２２が接続される。図３は主としてガスセンサの検出口
回路を示すものである。図３で、８，９は図２に示した
ガス検知素子と補償素子であり、Ｒ₁，Ｒ₂は図２で述べ
た抵抗器、ＲＶは可変抵抗器であり、これらでブリッジ
が構成されている。そして、リード線２０，２２間に、
例えば、０．５〜５．０Ｖの電源電圧Ｅ₀を印加し、リ
ード線２１と可変抵抗器ＲＶの摺動子Ｐ間からセンサ出
力である出力電圧が得られる構成である。これが、前述
の検出手段Ｓ３を構成しており、この出力電圧がセンサ
出力である。ガス検知素子８は前述したように気体熱伝
導式であり、白金線上に不活性物質を塗布し焼結してな
り、一定加熱状態（例えば１００℃〜２００℃）に保っ
ておくと、その周囲の空気に他のガスが混入したとき、
その熱伝導度が変化し、その結果ガス検知素子８の温度
が変化し、白金線の抵抗値が変化する。一方、補償素子
９はガス検知素子８と同じものの外周を密閉してガスと
直接接触しないようにしてある。したがって、上述した
ようにガス検知素子８はガスにより温度が変化するが、
補償素子９の温度は変化しないので、ブリッジから上記
温度変化に応じた出力が得られる。

【００２９】以上が、気体熱伝導式センサＳの構造及び
その使用状況であるが、以下に、このセンサＳを採用し
て、異なった組成比率の前記基準混合ガスの測定を行っ
た場合のセンサ出力と、各基準混合ガスの理論空気比と
の関係について説明する。説明にあたっては、先に説明
した図４、図５を参照しながら説明を進める。先に説明
したように、これらの図は、基準混合ガスとして選択し
た複数の混合ガスにおける、センサ出力（ｍＶ）と、理
論空燃比との関係を示すものであり、各点が組成比の異
なった基準混合ガスに対応している。これらの図に示す
センサ出力（ｍＶ）と理論空燃比との関係を近似するた
めに、図４は一対の一次近似式で関係を近似する場合を
示している。さて、この例の場合は、先に説明した表１
に示す比較的空燃比の低い各種天然ガス系都市ガス、及
びメタン−エタン混合系ガスについて、気体熱伝導式セ
ンサを用いて測定したセンサ出力と、組成比から計算し
た理論空燃比との関係を一次近似直線Ａとして求めてい
る。この一次近似直線Ａにおける気体熱伝導式センサを
用い測定した出力Ｙと、組成比から計算した理論空燃比
Ｘとの関係は次の実験式で表現できる。Ｙ＝−１１．６Ｘ＋１８５したがって、理論空燃比未知の天然ガス系都市ガス、及
びメタン−エタン混合系ガスなどの燃料ガスについて、
気体熱伝導式センサによるセンサ出力を測定すれば、上
式により迅速かつ容易に当該ガスの理論空燃比を求める
ことができる。

【００３０】一方、一次近似直線Ｂは、先に説明した表
２に示す空燃比の比較的高い各種液化石油ガスに相当す
るプロパン−ブタン混合系について、気体熱伝導式セン
サを用いて測定した出力と、組成比から計算した理論空
燃比との関係を示したものであり、この一次近似直線Ｂ
における気体熱伝導式センサを用い測定した出力Ｙと、
組成比から計算した理論空燃比Ｘとの関係は次の実験式
で表現される。Ｙ＝−１．１０Ｘ−１１．０したがって、理論空燃比未知の各種液化石油ガスについ
て、気体熱伝導式センサによる出力を測定すれば、上式
により迅速かつ容易に当該ガスの理論空燃比を求めるこ
とができる。ここで、これらの一次近似式を採用する場
合は、本願の方法を適応する前の段階で、気体燃料ガス
が、メタン−エタン混合系のものか、プロパン−ブタン
混合系ものかを確認しておく必要があるが、これは、単
なる検出条件設定操作で補うことができる。従って、こ
の指標を使用する場合は、先ず、検出対象ガスである気
体燃料ガスの種別を明らかにしておき、いずれかの一次
近似式を選択し、気体熱伝導式センサの検出センサ出力
を得て、理論空燃比を特定できる。

【００３１】〔別実施例〕本願の別実施例を以下に説明
する。（イ）上記の実施例においては関係指標として、図４に
示す一対の一次関係指標を備えた関係指標を使用する例
を示したが、これは、上述するように図５に示す比較的
広い理論空燃比域を単一の近似曲線で近似できるものと
して構成してもよい。図５に示す場合、その二次近似曲
線は以下の式となる。Ｙ＝〔４．５×１０⁴／（Ｘ＋７．４）²〕−７９さらに、関係指標を単なる数表として備えておいても良
い。（ロ）本願の理論空燃比の検出方法、燃焼装置の空燃比
制御方法及び、これらの方法を使用する理論空気比検出
装置、燃焼装置の空燃比制御装置が対象とする機器は、
上記の実施例に示した三元触媒法により排ガス処理をお
こなう自動車のガスエンジンの他、任意の内燃・外燃機
関、バーナ、ボイラ等の燃焼機器、さらには焼却炉等に
使用される燃焼式過熱機等、任意の燃焼装置が対象とな
る。

【００３２】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の空燃比制御方式を採用する三元触媒燃焼
システムの構成を示す図

【図２】気体熱伝導式ガスセンサを使用するガス検知部
の構成を示す図

【図３】気体熱伝導式ガスセンサの検知回路を示す図

【図４】各種混合ガスに於けるセンサ出力と理論空燃比
の関係を示す図

【図５】各種混合ガスに於けるセンサ出力と理論空燃比
の関係を示す図

【図６】従来の空燃比制御方式を採用する三元触媒燃焼
システムの構成を示す図

【符号の説明】

１０１燃焼部１０２燃料供給路１０３空気供給路１０５排ガス処理部Ｓ気体熱伝導式センサＳ１記憶手段Ｓ２検出手段Ｓ３理論空燃比導出手段Ｓ４空燃比制御手段８検出抵抗体（ガス検出素子）９標準抵抗体（補償素子）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福井清大阪府大阪市淀川区三津屋中２丁目５番４号新コスモス電機株式会社内 (72)発明者西村幸子大阪府大阪市淀川区三津屋中２丁目５番４号新コスモス電機株式会社内 (72)発明者西田光輝大阪府大阪市淀川区三津屋中２丁目５番４号新コスモス電機株式会社内 (72)発明者高橋祥夫大阪府大阪市淀川区三津屋中２丁目５番４号新コスモス電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主成分として炭素数４以下の炭化水素が
任意の割合で混合される気体燃料ガスの理論空燃比を求
める理論空燃比の検出方法であって、検出対象ガスと概同一の温度に維持され且つ標準ガスで
ある空気中に配設される標準抵抗体（９）の抵抗値と、
前記検出対象ガス内に配設される検出抵抗体（８）の抵
抗値との差からセンサ出力を得る気体熱伝導式センサ
（Ｓ）を使用して、主成分として炭素数４以下の炭化水
素が既知の割合で混合された複数の基準混合ガスに対す
る前記センサ出力と前記複数の基準混合ガスの理論空燃
比との関係指標を予め求めておき、前記気体燃料ガスを前記検出対象ガスとした場合に於け
る前記気体熱伝導式センサ（Ｓ）の前記センサ出力であ
る検出センサ出力を得て、前記関係指標より、前記検出センサ出力に基づいて前記
気体燃料ガスの理論空燃比を求める理論空燃比の検出方
法。
【請求項２】前記関係指標が、メタン及びエタンを主
成分として混合された前記基準混合ガスとしての複数の
メタン−エタン混合ガスに対する前記センサ出力と理論
空燃比との一次近似関係指標と、プロパン及びブタンを
主成分として混合された前記基準混合ガスとしての複数
のプロパン−ブタン混合ガスに対する前記センサ出力と
理論空燃比との一次近似関係指標とから構成されている
請求項１記載の理論空燃比の検出方法。
【請求項３】主成分として炭素数４以下の炭化水素が
任意の割合で混合される気体燃料ガスを燃焼部（１０
１）に供給する燃料供給路（１０２）と、前記気体燃料
ガスの燃焼に必要な空気を前記燃焼部（１０１）に供給
する空気供給路（１０３）とを備え、前記燃焼部（１０
１）において前記気体燃料ガスを燃焼して作動する燃焼
装置の空燃比制御方法であって、予め、検出対象ガスと概同一の温度に維持され且つ標準
ガスである空気中に配設される標準抵抗体（９）の抵抗
値と、前記検出対象ガス内に配設される検出抵抗体
（８）の抵抗値の差からセンサ出力を得る気体熱伝導式
センサ（Ｓ）を前記燃料供給路（１０２）に備えておい
て、請求項１記載の理論空燃比の検出方法により、前記
燃料供給路（１０２）を流れる前記気体燃料ガスの前記
理論空燃比を得て、前記燃焼装置の空燃比を制御する燃
焼装置の空燃比制御方法。
【請求項４】前記燃焼装置が、前記燃焼部（１０１）
の排気側に三元触媒を配設する排ガス処理部（１０５）
を備え、前記燃焼部（１０１）より排出される排ガスを
三元触媒方式で処理するものであり、前記空燃比制御が
空燃比を概１に設定するものである請求項３記載の燃焼
装置の空燃比制御方法。
【請求項５】検出対象ガスと概同一の温度に維持され
且つ標準ガスである空気中に配設される標準抵抗体
（９）の抵抗値と、前記検出対象ガス内に配設される検
出抵抗体（８）の抵抗値との差からセンサ出力を得る気
体熱伝導式センサ（Ｓ）を設け、主成分として炭素数４
以下の炭化水素が既知の割合で混合された複数の基準混
合ガスに対する前記気体熱伝導式センサ（Ｓ）からの前
記センサ出力と前記複数の基準混合ガスの理論空燃比と
の関係指標を予め記憶した記憶手段（Ｓ１）を備え、気体燃料ガスを前記検出対象ガスとした場合に於ける前
記気体熱伝導式センサ（Ｓ）の前記センサ出力である検
出センサ出力を得る検出手段（Ｓ２）を備え、前記記憶手段（Ｓ１）に予め記憶された前記関係指標よ
り、前記検出手段（Ｓ２）により検出される前記検出セ
ンサ出力に基づいて、前記気体燃料ガスの理論空燃比を
求める理論空燃比導出手段（Ｓ３）を備えた理論空気比
検出装置。
【請求項６】気体燃料ガスを燃焼部（１０１）に供給
する燃料供給路（１０２）と、前記気体燃料ガスの燃焼
に必要な空気を前記燃焼部（１０１）に供給する空気供
給路（１０３）とを備え、前記燃焼部（１０１）におい
て前記気体燃料ガスを燃焼して作動する燃焼装置の空燃
比制御装置であって、検出対象ガスと概同一の温度に維持され且つ標準ガスで
ある空気中に配設される標準抵抗体（９）の抵抗値と、
前記検出対象ガス内に配設される検出抵抗体（８）の抵
抗値との差からセンサ出力を得る気体熱伝導式センサ
（Ｓ）を設け、主成分として炭素数４以下の炭化水素が
既知の割合で混合された複数の基準混合ガスに対する前
記気体熱伝導式センサ（Ｓ）からの前記センサ出力と前
記複数の基準混合ガスの理論空燃比との関係指標を予め
記憶した記憶手段（Ｓ１）を備え、前記燃料供給路（１０２）を流れる前記気体燃料ガスを
前記検出対象ガスとする前記気体熱伝導式センサ（Ｓ）
の前記センサ出力である検出センサ出力を検出する検出
手段（Ｓ２）を備え、前記記憶手段（Ｓ１）に予め記憶された前記関係指標よ
り、前記検出手段（Ｓ２）により検出される前記検出セ
ンサ出力に基づいて、前記気体燃料ガスの理論空燃比を
求める理論空燃比導出手段（Ｓ３）を備えるとともに、前記理論空燃比導出手段（Ｓ３）によって求められた前
記気体燃料ガスの理論空燃比に基づいて前記燃焼装置の
空燃比を制御する空燃比制御手段（Ｓ４）を備えた燃焼
装置の空燃比制御装置。