KR19980085703A - Air-fuel ratio control device using gas sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연소기기에 있어서, 특히 가스센서의 출력값을 이용하여 가스연소시 공연비를 자동으로 조절할 수 있도록 한 가스센서를 이용한 공연비 조절장치에 관한 것이다.The present invention relates to an air-fuel ratio control apparatus using a gas sensor, in particular, in the combustion device to automatically adjust the air-fuel ratio during gas combustion using the output value of the gas sensor.
종래의 가스센서는 연소기기에 가스누설 등의 안전사고를 예방하는 차원에서 가스센서를 장착하여 연소된 가스나 아니면 누설된 가스가 일정 한계치를 넘었을 경우 강제적으로 시스템의 운전을 정지하도록 하므로서, 가스센서의 사용이 극히 소극적으로 사용하고 있다.The conventional gas sensor is equipped with a gas sensor in order to prevent safety accidents such as gas leakage in the combustion device, so that when the burned gas or the leaked gas exceeds a certain limit, the system is forced to stop the operation of the system. The use of sensors is extremely passive.
본 발명은 연소기기에 사용되는 기존의 가스센서를 이용하여 연소시 발생하는 폐가스의 성분을 측정하여 공연비를 자동으로 조절하면서 동시에 안전장치의 기능도 가능하도록 함에 있다.The present invention is to enable the function of the safety device while automatically adjusting the air-fuel ratio by measuring the components of the waste gas generated during combustion by using the existing gas sensor used in the combustion device.
Description
본 발명은 공연비 조절장치에 있어서, 특히 가스센서의 출력값을 이용하여 가스연소시 그 공연비를 자동으로 조절할 수 있도록 한 가스센서를 이용한 공연비 조절장치에 관한 것이다.The present invention relates to an air-fuel ratio adjusting apparatus, and in particular, to an air-fuel ratio adjusting apparatus using a gas sensor to automatically adjust the air-fuel ratio during gas combustion using the output value of the gas sensor.
일반적으로 종래의 연소기기에서의 가스센서는 직접 연소시스템에 장착되어 단지 가스누설등으로 안전사고를 예방하는 차원에서 실시되었다.In general, a gas sensor in a conventional combustion device is installed in a direct combustion system to prevent safety accidents such as gas leakage.
즉, 가스센서의 동작범위의 일부만을 이용하는 하는 것으로서, 예를 들어 연소된 가스나 아니면 누설된 가스가 일정 한계치를 넘었을 때 강제적으로 시스템의 운전을 정지시키도록 하는 형태로 소극적인 형태의 사용을 하고 있을 뿐이다.In other words, it uses only a part of the operating range of the gas sensor. For example, when the burned gas or the leaked gas exceeds a certain limit, the system is forcibly stopped to operate the system. There is only.
종래의 가스센서는 정말 소극적으로 사용하여 단지 가스 누설 등의 안전사고를 예방하는 차원에서 연소된 가스나 아니면 누설된 가스가 일정 한계치를 넘었을 때 강제적으로 시스템의 운전을 정지시키도록 하는 소극적으로 제한을 하고 있다.Conventional gas sensors are so passively used that they are passively restricted to stop the operation of the system when the burned gas or the leaked gas exceeds a certain limit in order to prevent safety accidents such as gas leakage. Doing
본 발명은 종래의 소극적인 가스센서의 활용을 적극적으로 연소시 발생하는 폐가스의 성분을 추출하여 연소시스템의 공연비를 맞추도록 하면서 안정장치의 역할도 수행하도록 함에 있다.The present invention is to use the conventional passive gas sensor to actively extract the components of the waste gas generated during combustion to match the air-fuel ratio of the combustion system while also serving as a stabilizer.
도 1은 본 발명 가스센서를 이용한 공연비 조절장치의 블록 구성도1 is a block diagram of an air-fuel ratio adjusting device using the present invention gas sensor
도 2a는 본 발명 가스센서의 저항특성을 보이기 위한 회로 구성도Figure 2a is a circuit diagram showing the resistance characteristics of the gas sensor of the present invention
도 2b는 본 발명 가스센서의 저항에 대한 공기중에서의 가스센서의 저항특성에 따른 가스의 분포특성을 보이기 위한 도면Figure 2b is a view for showing the distribution characteristics of the gas according to the resistance characteristics of the gas sensor in the air to the resistance of the gas sensor of the present invention
도 3은 본 발명 팬 모터의 회전수 및 회전수 설정치에 따른 공기분포를 보인 도면Figure 3 is a view showing the air distribution according to the rotational speed and the set speed of the fan motor of the present invention
본 발명 가스센서를 이용한 공연비 조절장치의 구성은 도 1에 도시된 바와같이,The configuration of the air-fuel ratio adjusting device using the gas sensor of the present invention, as shown in Figure 1,
입력되는 값에 따라 이에 해당하는 값을 출력하도록 가스밸브 비례 제어부(2) 및 팬모터 속도 제어부(3)를 제어하는 마이컴(1)과, 상기 마이컴(3)의 제어신호에 의해 가스밸브(2A)를 제어하여 가스의 양을 조절하도록 하는 가스밸브 비례 제어부(2)와, 상기 마이컴(1)의 제어신호에 해당하는 팬 모터(4)의 회전속도를 제어하는 팬 모터 속도 제어부(3)와, 상기 팬 모터 제어부(3)에 의한 제어신호에 따른 회전속도로 하여 공기를 내보내는 팬 모터(4)와, 상기 팬 모터(4)의 속도를 검지하여 마이컴(1)에 정보를 인가하는 팬 모터 속도 검지부(5)와, 상기 팬 모터에 의한 공기 및 가스를 버너(6A)에 의해 연소될수 있도록 하는 연소실(6)과, 상기 연소실(6)로 부터 배출된 폐가스의 상태를 감지하는 가스센서(7)와, 상기 가스센서(7)에 의해 감지된 아나로그 신호(Analog)를 디지탈(Digital)로 변환하여 마이컴(1)에 인가하는 A/D변환부(8)로 구성된다.The microcomputer 1 controls the gas valve proportional control unit 2 and the fan motor speed control unit 3 to output a corresponding value according to the input value, and the gas valve 2A by the control signal of the microcomputer 3. ) And a gas valve proportional control unit 2 for adjusting the amount of gas, a fan motor speed control unit 3 for controlling the rotational speed of the fan motor 4 corresponding to the control signal of the microcomputer 1, and And a fan motor 4 for discharging air at a rotational speed according to a control signal of the fan motor controller 3 and a fan motor for detecting information of the speed of the fan motor 4 and applying information to the microcomputer 1. A speed detector 5, a combustion chamber 6 allowing combustion of air and gas by the fan motor by a burner 6A, and a gas sensor for sensing a state of waste gas discharged from the combustion chamber 6 ( 7) and the analog signal (Analog) detected by the gas sensor 7 Conversion with deionized (Digital) and consists of the A / D converter (8) to be applied to the microcomputer (1).
상기와 같이 구성되는 본 발명 가스센서를 이용한 공연비 조절장치에 대하여 도 1내지 도 3를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The air-fuel ratio adjusting apparatus using the gas sensor of the present invention configured as described above will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
일정량의 부하로 연소를 실시하고자 하면, 먼저 마이컴(1)이 이전 동작으로 부터 구축되어진 데이터를 기반으로 하여 가스밸브 비례 제어부(2)와 팬 모터 제어부(3)에 정해진 값을 출력하도록 제어신호를 인가하게 된다.In order to perform combustion with a certain amount of load, first, a control signal is output so that the microcomputer 1 outputs a predetermined value to the gas valve proportional control unit 2 and the fan motor control unit 3 based on the data constructed from the previous operation. Will be authorized.
상기 제어를 받은 가스밸브 비례 제어부(2)는 제어신호 만큼의 가스밸브(2A)를 열어주고, 팬 모터 속도 제어부(3)는 상기 제어신호에 의해 팬 모터(4)를 일정속도로 회전시키게 된다.The controlled gas valve proportional control unit 2 opens the gas valve 2A as much as the control signal, and the fan motor speed control unit 3 rotates the fan motor 4 at a constant speed by the control signal. .
이때, 팬 모터 속도 검지부(5)는 팬 모터(4)의 속도를 검지하여 마이컴(1)에 정보를 전달하면, 상기 마이컴(1)은 팬 모터 속도 제어부(3)에 인가된 신호의 값과 팬 모터 속도 검지부(5)로 부터 실제 측정된 값을 비교하여 다시 실제 팬 모터(4)가 정해진 속도로 회전할수 있도록 그 오차만큼에 해당하는 수정명령을 팬 모터 속도 제어부(3)에 전달하게 된다.At this time, when the fan motor speed detection unit 5 detects the speed of the fan motor 4 and transmits the information to the microcomputer 1, the microcomputer 1 is connected to the value of the signal applied to the fan motor speed control unit 3. Compared to the actual measured value from the fan motor speed detection unit (5) is sent to the fan motor speed control unit (3) the correction command corresponding to the error so that the actual fan motor 4 can rotate at a predetermined speed again. .
상기와 같이 가스 및 팬 모터(4)의 회전에 의한 공기에 의해 연소실(6)의 버너(6A)에서 가스가 연소되면서 연소된 가스가 배출되게 된다.As described above, the gas is burned while the gas is burned in the burner 6A of the combustion chamber 6 by the air by the gas and the rotation of the fan motor 4.
이때, 가스센서(7)는 도 2a에 도시된 바와 같이 가스량에 따라 저항(R)값이 바뀌는 특성이 있으므로 일정 전압을 가스센서(7)의 양단에 걸어주면 저항(R)값이 변화되고, 이 값에 의해 전압차가 발생하게 되어 배출되는 폐가스의 상태를 계속 감지하는 상기 가스센서(7)에 의해 폐가스 속에 미처 연소되지 못한 가스의 양을 체크하게 된다.At this time, since the gas sensor 7 has a characteristic that the value of the resistance R changes according to the amount of gas as shown in FIG. 2A, when the constant voltage is applied to both ends of the gas sensor 7, the value of the resistance R is changed. The voltage difference is generated by this value, and the gas sensor 7 which continuously detects the state of the discharged waste gas checks the amount of the gas not yet burned in the waste gas.
즉, 폐가스 중에 포함된 잉여의 가스가 많게 되면 연소시스템의 효율을 높이기 위해 보다 많은 공기를 끌여들여 잉여의 가스조차 연소할 수 있도록 도와준다.In other words, when the excess gas contained in the waste gas is increased to help increase the efficiency of the combustion system by drawing in more air to help even the excess gas to burn.
상기와 같이 가스센서(7)는 측정된 잉여가스의 양을 A/D변환부(8)에 인가하게 되고, 상기 A/D변환부(8)는 마이컴(1)이 인식할수 있는 디지탈신호로 변환하여 인가하게 된다.As described above, the gas sensor 7 applies the measured amount of surplus gas to the A / D converter 8, and the A / D converter 8 is a digital signal that can be recognized by the microcomputer 1. It is converted and applied.
상기 마이컴(1)은 감지센서(7)에서 감지된 값을 이용하여 효율적인 측면에서 분석하여 팬 모터 속도 제어부(3)에 수정된 명령을 내리게 된다.The microcomputer 1 issues a modified command to the fan motor speed controller 3 by analyzing it in an efficient manner using the value detected by the sensor 7.
이때, 마이컴(1)에서 제어하는 구체적인 방법은 PD(Protective Device) 제어를 실시하게 된다. 즉 배기가스에 포함되어 있는 잉여 가스의 포함정도를 S 라고 하면 수학식 1과 같다.In this case, a specific method of controlling the microcomputer 1 is to perform PD (Protective Device) control. In other words, if the degree of inclusion of the surplus gas contained in the exhaust gas is S,
[수학식 1][Equation 1]
FAN_set_rpm=KPS+Kd FAN_set_rpm = K P S + Kd
*FAN_set_rpm은 팬 모터 설정치의 변화값,* FAN_set_rpm is the change value of the fan motor setpoint,
*K는 비례게인(Gain),* K is proportional gain
*K는 미분게인이다.* K is differential gain.
상기와 같이 팬 모터(4)의 설정치의 변화값을 제어 하므로서, 팬 모터(4)의 설정치를 변화하도록 하여 좋은 연소비를 가지도록 하게된다.By controlling the change value of the set value of the fan motor 4 as described above, the set value of the fan motor 4 is changed to have a good combustion ratio.
기본적으로 가스센서(7)의 동작특정은 도 2b와 같이 가스의 양이 공기중에 많이 포함되어 있을수록 가스센서(7)의 저항(R)이 작아지는 특성을 가지고 있다.Basically, the operation specificity of the gas sensor 7 has a characteristic that the resistance R of the gas sensor 7 decreases as the amount of gas is contained in the air as shown in FIG. 2B.
그리고, 가스센서(7)를 이용하여 안전장치로 사용하는 방법은 배기가스에 가스의 성분이 너무 많은 경우나 연소시 아예없는 경우는 연소 장치에 문제가 있는 것으로 간주하고, 이를 이용하여 마이컴(1)은 장치를 보호 할 수 있도록 하게된다.In addition, the method of using the gas sensor 7 as a safety device is regarded as a problem in the combustion device when there are too many gas components in the exhaust gas or when there is no combustion at all. To help protect your device.
한편, 팬 모터(4)의 속도 제어에는 PID((Protective Imformation Device)제어를 이용하게 되는데,Meanwhile, PID (Protective Imformation Device) control is used to control the speed of the fan motor 4.
이때, 마이컴(1)의 입력정보로는 가스센서(7)를 통해서 수학식 1의 결과로 부터 도출된 버너 팬 설정치를 추종하도록 하는 설정치와 실제 팬 모터(4)의 회전속도를 비교하기 위하여 팬 모터 속도 검지부(5)에서 검지된 값을 입력값으로 사용하고, 또 상기 비교 데이터를 이용하여 그 미분치와 적분치를 연산하게 된다.At this time, as input information of the microcomputer 1, a fan for comparing the rotation speed of the actual fan motor 4 with a set value for tracking the burner fan set value derived from the result of Equation 1 through the gas sensor 7. The derivative detected by the motor speed detecting unit 5 is used as an input value, and the derivative value and the integral value are calculated using the comparison data.
그리고 이 세가지 입력정보에 대하여 비례게인(Kp), 미분게인(Kd), 그리고 적분게인(Ki)을 곱하여 팬 구동 파워(P)를 출력하도록 하는 PID제어는 수학식 2와 같이 실시한다.PID control for multiplying the three input information by the proportional gain Kp, the differential gain Kd, and the integral gain Ki to output the fan driving power P is performed as in Equation 2.
[수학식 2][Equation 2]
*P는 팬 모터 구동 전원* P is fan motor driven power
*Kp는 비례게인* Kp is proportional gain
*Ki는 적분게인* Ki is the integral gain
*Kd는 미분게인* Kd is differential gain
*E는 버너 팬 회전수의 설정치-실제 팬 모터 회전수이다.* E is the setpoint of the burner fan speed-the actual fan motor speed.
이와같이, 연소중에 갑자기 환경이 바뀌어 배기 가스중에 잉여의 가스가 다량 발생하기 시작한 경우에 가스센서가 잉여의 가스가 다량방출 되고 있음을 감지하기 시작하게 된다.In this way, when the environment suddenly changes during combustion and a large amount of excess gas begins to be generated in the exhaust gas, the gas sensor starts to detect that a large amount of excess gas is emitted.
이때, 상기 감지된 값이 A/D변환부(8)를 통하여 마이컴(1)이 인식하게 되고, 마이컴(1)은 PD 제어를 실시하여 잉여의 가스가 발생하지 않도록 팬 모터(4)의 회전 설정치를 조금 증가시키게 되고, 팬 모터 속도 검지부(5)에서는 팬 모터(4)의 속도를 실시간으로 감지하고, 이 감지된 정보를 이용해 PID제어를 실시하여 되도록 이면 빨리, 그리고 안정되게 새로이 바뀐 설정치를 도 3에 도시된 바와같이 추종하도록 하게된다.At this time, the detected value is recognized by the microcomputer 1 through the A / D conversion unit 8, the microcomputer 1 performs the PD control to rotate the fan motor 4 so that excess gas is not generated The set value is increased a little, and the fan motor speed detection unit 5 detects the speed of the fan motor 4 in real time and performs PID control using this detected information. Follow as shown in FIG.
본 발명은 이상에서 설명한 바와같이, 일반적으로 사용되고 있는 가스센서를 이용하여 온 라인(on line)으로 연소시 공연비를 제어 할수 있도록 하여 설치된 환경이 변화하더라도 완전 연소를 할수 있도록 하고, 또한 연소시스템의 완전연소를 추종하도록 하여 연소효율을 높일수 있는 효과가 있다.The present invention, as described above, to control the air-fuel ratio during the combustion on-line using a gas sensor that is generally used to enable complete combustion even if the installed environment changes, and also complete the combustion system By following the combustion there is an effect that can increase the combustion efficiency.
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