スポンサード リンク
燃焼機器
スポンサード リンク
- 【要約】
【目的】 空燃比制御を行うために配置した限界電流式酸素センサのセンサ出力を検定することで、不完全燃焼発生を防止する燃焼機器を提供する。
【構成】 限界電流式酸素センサ５が排ガス流路４に配置され、空燃比制御手段８において空燃比制御を行う。限界電流式酸素センサ５を燃焼用電圧で作動させ大気に曝した際のセンサ出力Ａをセンサ出力検出定手段１０で測定する。印加電圧決定手段１１は、センサ出力Ａと予め記憶された域値Ｅと比較しその比較値に基づいて印加電圧値の決定を行う。大気中で限界電流式酸素センサ５を電圧変更手段１２で高くした電圧値で作動させた際のセンサ出力Ｂはセンサ補正出力検出手段１３で測定する。限界電流性判断手段１４は、センサ出力Ｂとセンサ出力Ａを比較して、限界電流性の判断を行う。限界電流と判断された場合は、空燃比目標値補正手段１５でセンサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値の補正を行う。
- 【特許請求の範囲】
【請求項１】燃料供給手段と、空気供給手段と、燃焼部と、排ガス流路と、前記排ガス流路内に配置した限界電流式酸素センサと、前記酸素センサ内に配置した電極に電圧を印加させる素子駆動用直流電源と、前記電極と前記素子駆動用直流電源との閉回路内に配置してセンサ出力を得るための電流検出手段と、空燃比目標値を設定しその信号を発する空燃比目標値設定手段と、前記酸素センサからのセンサ出力に基づいて前記空燃比目標値設定手段で設定された空燃比目標値になるように前記燃料供給手段または前記空気供給手段のいずれかの一方の制御をおこなう空燃比制御手段とを有する燃焼機器において、非燃焼時に前記酸素センサを燃焼用電圧値で印加させて大気に曝した際のセンサ出力Ａを測定するセンサ出力検出手段と、前記センサ出力検出手段で測定されたセンサ出力Ａと予め記憶された域値Ｅと比較しその比較値に基づいて印加電圧値を決定する印加電圧決定手段と、前記印加電圧決定手段で決定された印加電圧にするために前記素子駆動用直流電源が印加する電圧を高く変更する電圧変更手段と、前記酸素センサを前記電圧変更手段で高くされた電圧値で大気中で印加させた際のセンサ出力Ｂを測定するセンサ補正出力検出手段と、前記センサ補正出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂとセンサ出力検出手段で測定されたセンサ出力Ａを比較して限界電流性を判断する限界電流性判断手段と、前記限界電流性判断で限界電流と判断された場合に作動して前記センサ補正出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂに基づいて前記空燃比目標値設定手段で設定される空燃比目標値を補正する空燃比目標値補正手段とを付与した燃焼機器。
【請求項２】燃料供給手段と、空気供給手段と、燃焼部と、排ガス流路と、前記排ガス流路内に配置した限界電流式酸素センサと、前記酸素センサ内に配置した電極に電圧を印加する素子駆動用直流電源と、前記電極と前記素子駆動用直流電源との閉回路内に配置してセンサ出力を得るための電流検出手段と、空燃比目標値を設定しその信号を発する空燃比目標値設定手段と、前記酸素センサからのセンサ出力に基づいて前記空燃比目標値設定手段の空燃比目標値になるように前記燃料供給手段または前記空気供給手段のいずれかの一方の制御をおこなう空燃比制御手段を有する燃焼機器において、非燃焼時に前記酸素センサを燃焼用電圧値で印加させ大気に曝した際のセンサ出力Ａを測定するセンサ出力検出手段と、前記素子駆動用直流電源が印加する電圧を高くする電圧変更手段と、前記酸素センサを前記電圧変更手段で高く変更された電圧値で印加させ大気に曝した際のセンサ出力Ｂを測定するセンサ補正出力検出手段と、前記センサ補正出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂとセンサ出力検出手段で測定されたセンサ出力Ａを比較して限界電流性を判断する限界電流性判断手段と、前記限界電流性判断で限界電流と判断された場合に作動して前記センサ補正出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂに基づいて前記空燃比目標値設定手段で設定される空燃比目標値を補正する空燃比目標値補正手段とを付与した燃焼機器。
【請求項３】燃料供給手段と、空気供給手段と、燃焼部と、排ガス流路と、前記排ガス流路内に配置した限界電流式酸素センサと、前記酸素センサ内に配置した電極に電圧を印加する素子駆動用直流電源と、前記電極と前記素子駆動用直流電源との閉回路内に配置してセンサ出力を得るための電流検出手段と、空燃比目標値を設定しその信号を発する空燃比目標値設定手段と、前記酸素センサからのセンサ出力に基づいて前記空燃比目標値設定手段の空燃比目標値になるように前記燃料供給手段または前記空気供給手段のいずれかの一方の制御をおこなう空燃比制御手段を有する燃焼機器において、前記素子駆動用直流電源が印加する電圧を高くする電圧変更手段と、非燃焼時に前記酸素センサを前記電圧変更手段により燃焼用電圧値より高い電圧値で暖気起動させ大気に曝した際のセンサ出力Ｂを測定するセンサ補正出力検出手段と、前記センサ補正出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂが起動時にオーバーシュートするかで限界電流性を判断する限界電流性判断手段（II）と、前記限界電流性判断（II）で限界電流と判断された場合に作動して前記センサ補正出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂに基づいて前記空燃比目標値設定手段で設定される空燃比目標値を補正する空燃比目標値補正手段とを付与した燃焼機器。
【請求項４】燃料供給手段と、空気供給手段と、燃焼部と、排ガス流路と、前記排ガス流路内に配置した限界電流式酸素センサと、前記酸素センサ内に配置した電極に電圧を印加する素子駆動用直流電源と、前記電極と前記素子駆動用直流電源との閉回路内に配置してセンサ出力を得るための電流検出手段と、空燃比目標値を設定しその信号を発する空燃比目標値設定手段と、前記酸素センサからのセンサ出力に基づいて前記空燃比目標値設定手段の空燃比目標値になるように前記燃料供給手段または前記空気供給手段のいずれかの一方の制御をおこなう空燃比制御手段を有する燃焼機器において、非燃焼時に限界電流式酸素センサを燃焼用電圧値で印加させて大気に曝した際のセンサ出力Ａを測定するセンサ出力検出手段と、前記センサ出力検出手段で測定されたセンサ出力Ａと予め記憶された域値Ｅと比較しその比較値に基づいて印加電圧値を決定する印加電圧決定手段と、前記印加電圧決定手段で決定された印加電圧にするために前記素子駆動用直流電源が印加する電圧を高くする電圧変更手段と、非燃焼時に前記酸素センサを前記電圧変更手段により燃焼用電圧値より高い電圧値で暖気起動させ大気に曝した際のセンサ出力Ｂを測定するセンサ補正出力検出手段と、前記センサ補正出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂが起動時にオーバーシュートするかで限界電流性を判断する限界電流性判断手段（II）と、前記限界電流性判断（II）で限界電流と判断された場合に作動して前記センサ補正出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂに基づいて前記空燃比目標値設定手段で設定される空燃比目標値を補正する空燃比目標値補正手段とを付与した燃焼機器。
【請求項５】燃料供給手段と、空気供給手段と、燃焼部と、排ガス流路と、前記排ガス流路内に配置した限界電流式酸素センサと、前記酸素センサ内に配置した電極に電圧を印加する素子駆動用直流電源と、前記電極と前記素子駆動用直流電源との閉回路内に配置してセンサ出力を得るための電流検出手段と、空燃比目標値を設定しその信号を発する空燃比目標値設定手段と、前記酸素センサからのセンサ出力に基づいて前記空燃比目標値設定手段の空燃比目標値になるように前記燃料供給手段または前記空気供給手段のいずれかの一方の制御をおこなう空燃比制御手段を有する燃焼機器において、非燃焼時に前記酸素センサを燃焼用電圧値で印加させ大気に曝した際のセンサ出力Ａを測定するセンサ出力検出手段と、予め記憶された上限値Ｅ１を燃焼用電圧値を印加させて大気に曝した際の使用初期品のセンサ出力である域値Ｅより大きい値とし予め記憶された下限値Ｅ２を域値Ｅより小さくしかも空燃比目標値より大きい値とした場合の上限値Ｅ１および下限値Ｅ２と前記センサ出力検出手段で測定されたセンサ出力Ａとの大小を比較するセンサ出力良否検定手段と、前記センサ出力良否検出手段で上限値Ｅ１以上または下限値Ｅ２未満の場合は警報を発する警報発生手段とを付与した燃焼機器。
【請求項６】燃料供給手段と、空気供給手段と、燃焼部と、排ガス流路と、前記排ガス流路内に配置した限界電流式酸素センサと、前記酸素センサ内に配置した電極に電圧を印加して作動させる素子駆動用直流電源と、前記電極と前記素子駆動用直流電源との閉回路内に配置してセンサ出力を得るための電流検出手段と、空燃比目標値Ｘを設定しその信号を発する空燃比目標値設定手段と、前記酸素センサからのセンサ出力に基づいて前記空燃比目標値設定手段の空燃比目標値になるように前記燃料供給手段または前記空気供給手段のいずれかの一方の制御をおこなう空燃比制御手段を有する燃焼機器において、前記空燃比制御手段での制御を解除し前記燃料供給手段または前記空気供給手段のいずれかの一方の制御で空燃比目標値Ｘに対応する酸素濃度値より大きい酸素濃度値での燃焼状態にする異常検出用設定手段と、前記異常検出用設定手段での燃焼状態において前記酸素センサからのセンサ出力Ｚを測定する異常出力検出手段と、前記異常出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｚと予め記憶された目標値Ｘ以上の値である上限値Ｈ１および下限値Ｈ２との大小を比較する出力異常検定手段と、前記出力異常検出手段で前記酸素センサからのセンサ出力Ｚが上限値Ｈ１以上または下限値Ｈ２未満の場合は警報を発する警報発生手段とを付与した燃焼機器。
【請求項７】非燃焼時に限界電流式酸素センサを燃焼用電圧値で印加させて大気に曝した際のセンサ出力Ａを測定するセンサ出力検出手段と、予め記憶された上限値Ｅ１を燃焼用電圧値を印加させて大気に曝した際の使用初期品のセンサ出力である域値Ｅより大きい値とし予め記憶された下限値Ｅ２を域値Ｅより小さくしかも空燃比目標値より大きい値とした場合の上限値Ｅ１および下限値Ｅ２と前記センサ出力検出手段で測定されたセンサ出力Ａとの大小を比較するセンサ出力良否検定手段と、前記センサ出力良否検定手段で上限値Ｅ１以上または下限値Ｅ２未満の場合は警報を発する警報発生手段を付与した請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項６記載の燃焼機器。
【請求項８】電圧変更手段で行う印加電圧の変更を時々行う請求項１または請求項２または請求項３または請求項４記載の燃焼機器。
【請求項９】電圧変更手段で行う印加電圧の変更に上限値を設け、上限値になると警報を発する警報発生手段を付与した請求項１または請求項４記載の燃焼機器。
【請求項１０】限界電流性判断手段もしくは限界電流性判断手段（II）において限界電流が得られないと判断された場合に作動して警報を発する警報発生手段を付与した請求項１または請求項２または請求項３または請求項４記載の燃焼機器。
【請求項１１】警報発生手段で発せられた警報により燃焼を停止する燃焼停止手段を付与した請求項５または請求項６または請求項７または請求項９または請求項１０記載の燃焼機器。
【請求項１２】警報発生手段で発せられた複数回の警報により燃焼を停止する燃焼停止手段を付与した請求項５または請求項６または請求項７または請求項９または請求項１０記載の燃焼機器。
【請求項１３】警報発生手段で発せられた警報により空燃比制御を解除する空燃比制御解除手段を付与した請求項５または請求項６または請求項７または請求項９または請求項１０記載の燃焼機器。
【請求項１４】燃焼直後もしくは燃焼停止直前に異常検出用設定手段を僅かな時間で駆動させる請求項６記載の燃焼機器。
【請求項１５】燃焼停止直後に限界電流式酸素センサを燃焼用電圧値で作動させ大気に曝した際のセンサ出力Ａを測定する請求項１または請求項２または請求項４または請求項５または請求項７記載の燃焼機器。
【請求項１６】限界電流式酸素センサが、両面に白金電極が形成された酸素イオン導電性固体電解質焼結基板と、前記固体電解質基板の片側に配置され前記電極を囲むように配置された螺旋型硝子膜と、前記螺旋型硝子膜の上部に配置された焼結性シール板とからなる構成である請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６記載の燃焼機器。
【請求項１７】限界電流式酸素センサが、酸化ビスマスを１〜１５wt％混合した白金電極と、前記白金電極膜が両面に形成されたジルコニア系酸素イオン導電性固体電解質焼結基板と、前記固体電解質基板の片側に配置され前記電極を囲むように配置された熱膨張係数が固体電解質と±１０％以内で同じの螺旋型硝子膜と、前記螺旋型硝子膜の上部に配置されたフォルステライト製焼結性シール板とからなる構成である請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６記載の燃焼機器。
【請求項１８】限界電流式酸素センサに加熱部を併設した請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６記載の燃焼機器。
【請求項１９】空燃比目標値Ｘを、良好燃焼が得られる排ガス酸素濃度範囲における高酸素濃度側での燃焼が得られるように設定した請求項６記載の燃焼機器。
【請求項２０】センサ出力Ｚが上限値Ｈ１より大きい値の場合は空燃比目標値をＸより大きい予め記憶された値に変更し、センサ出力Ｚが下限値Ｈ２より小さい値の場合は空燃比目標値をＸより小さい予め記憶された値に変更する目標値設定手段を併設した請求項６記載の燃焼機器。
- 【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸素濃度を検出する限界電流式酸素センサを排ガス流路内に配置して空燃比制御を行う燃焼機器であり、さらに詳しくは不完全燃焼を発生することなく燃焼させるために、限界電流式酸素センサのセンサ出力が正常かを検定する手段を有する燃焼機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃焼機器を様々な環境下で使用すると、外気温度の変動・気圧の変動・燃料供給手段や空気供給手段の耐久性にまつわる変動のため、燃料供給量や空気供給量が当初の計算値より変動する。例えば、海抜２０００メートルの酸素希薄環境の高地では空気供給量（酸素供給量）が平地と大きく異なり、平地で求めた当初の計算値のまま使用すると不完全燃焼が発生する。この不完全燃焼発生を防止するため燃焼機器は、空気量が少々変動しても良好に燃焼するように燃焼部の構成を工夫し、さらに燃焼状態の監視手段を併設している。
【０００３】一方、空気過剰率が燃焼排ガス流路中の酸素濃度と相関があることに着目し、酸素濃度を計測する酸素センサを開発して、この酸素センサを燃焼排ガス流路中に配置して最適な酸素濃度つまり空気過剰率になるように制御を行う燃焼機器の提案が、特開平３−３３０２２５号公報でなされている。この提案されている燃焼機器は、図１９に示すように限界電流式酸素センサ５を排ガス流路４に配置し、燃料供給手段１または空気供給手段２を空燃比制御手段８で制御する構成である。限界電流式酸素センサ５を用いて常に燃焼排ガス中酸素濃度を一定になるように制御しているため、空気過剰率が常に一定に保たれ不完全燃焼発生を防止できる利点がある。そして限界電流式酸素センサ５の劣化に伴う酸素濃度の誤測定を防止するため、大気中における酸素センサ出力を所定値に調整した後、排ガス流路中の酸素濃度の検出を行っている。
【０００４】また最近になると、この種の燃焼機器において限界電流式酸素センサの劣化に伴う酸素濃度の誤測定を防止するための提案が種々なされ、例えば、特開平６−３０７６２８号公報では酸素濃度の計測時のみ監視電圧を印加する方法、また特開平６−３０７６２７号公報では空気供給手段２の出力を推定情報を用いて補正する方法、特開平７−２７３３４号公報ではフレームロッドなどの燃焼検知部を用いて空燃比目標値を補正する方法がある。また限界電流式酸素センサ自体についても、特開平７−５５７６０号公報では特定の速度で電圧を印加して経時劣化を検査する方法などが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし従来の提案されている技術の場合、限界電流式酸素センサが正常か異常かの検定が燃焼用電圧値の印加状態で行われるため、大気中において限界電流式酸素センサが燃焼用電圧値の印加状態で正常に働かない場合、この検定方法では仮に限界電流式酸素センサが誤測定を起こしていても制御側は正常と誤判断する。そのため、限界電流式酸素センサを用いて燃焼排ガス中酸素濃度が一定になるように制御する場合、限界電流式酸素センサが誤測定を起こすと不完全燃焼が発生する問題点がある。この理由は、限界電流式酸素センサが誤測定を起こすとセンサ出力は同一でも燃焼排ガス中酸素濃度は異なる濃度となり、そのため本来は良好な燃焼が得られる領域で制御しているはずが、不完全燃焼領域で制御していることとなるためである。
【０００６】一方、限界電流式酸素センサによる制御にフレームロッドなどの燃焼検知部を用いた提案の場合、燃焼機器の使用によって短期間にフレームロッドの材質劣化が起ってその火炎電流信号値が小さくなった場合、限界電流式酸素センサによる制御は正常なのに、火炎電流信号は予め記憶させた設定値と異なる値となり、燃焼機器は不完全燃焼が発生したと判断して運転を停止させることとなる。これは、限界電流式酸素センサによる制御酸素濃度が、火炎電流信号の域値に対応する酸素濃度のすぐ近辺に存在するため、フレームロッドの材質劣化が有るとこの制御酸素濃度での火炎電流信号値はそれにともない小さい値となるためである。そのため、この提案の燃焼機器はすぐに使用できなくなり、寿命が極端に短い問題点があった。また、この提案は、火炎電流信号値を常時検定しているため、限界電流式酸素センサによる制御中に偶発的に火炎電流信号が予め記憶させた設定値と異なる値となった場合、燃焼機器は不完全燃焼が発生したと判断して運転を停止させる弊害があった。
【０００７】本発明は、かかる従来の問題点を解決するもので、不完全燃焼を発生することなく燃焼させるために、限界電流式酸素センサのセンサ出力が正常かを検定する手段を有する燃焼機器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するため本発明の空燃比制御手段を有する燃焼機器は、非燃焼時に限界電流式酸素センサを燃焼用電圧値で印加させて大気に曝した際のセンサ出力Ａを測定するセンサ出力検出手段と、センサ出力検出手段で測定されたセンサ出力Ａと予め記憶された域値Ｅと比較しその比較値に基づいて印加電圧値を決定する印加電圧決定手段と、印加電圧決定手段で決定された印加電圧にするために素子駆動用直流電源が印加する電圧を高く変更する電圧変更手段と、限界電流式酸素センサを電圧変更手段で高くされた電圧値で大気中で印加させた際のセンサ出力Ｂを測定するセンサ補正出力検出手段と、センサ補正出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂとセンサ出力検出手段で測定されたセンサ出力Ａを比較して限界電流性を判断する限界電流性判断手段と、限界電流性判断で限界電流と判断された場合に作動してセンサ補正出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値設定手段で設定される空燃比目標値を補正する空燃比目標値補正手段とを付与した構成とした。
【０００９】また上記問題点を解決するため本発明の空燃比制御手段を有する燃焼機器は、非燃焼時に限界電流式酸素センサを燃焼用電圧値で印加させ大気に曝した際のセンサ出力Ａを測定するセンサ出力検出手段と、素子駆動用直流電源が印加する電圧を高くする電圧変更手段と、限界電流式酸素センサを電圧変更手段で高く変更された電圧値で印加させ大気に曝した際のセンサ出力Ｂを測定するセンサ補正出力検出手段と、センサ補正出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂとセンサ出力検出手段で測定されたセンサ出力Ａを比較して限界電流性を判断する限界電流性判断手段と、限界電流性判断で限界電流と判断された場合に作動してセンサ補正出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値設定手段で設定される空燃比目標値を補正する空燃比目標値補正手段とを付与した構成とした。
【００１０】また上記問題点を解決するため本発明の空燃比制御手段を有する燃焼機器は、素子駆動用直流電源が印加する電圧を高くする電圧変更手段と、非燃焼時に限界電流式酸素センサを電圧変更手段により燃焼用電圧値より高い電圧値で暖気起動させ大気に曝した際のセンサ出力Ｂを測定するセンサ補正出力検出手段と、センサ補正出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂが起動時にオーバーシュートするかで限界電流性を判断する限界電流性判断手段（II）と、限界電流性判断（II）で限界電流と判断された場合に作動してセンサ補正出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値設定手段で設定される空燃比目標値を補正する空燃比目標値補正手段とを付与した構成とした。
【００１１】また上記問題点を解決するため本発明の空燃比制御手段を有する燃焼機器は、非燃焼時に限界電流式酸素センサを燃焼用電圧値で印加させて大気に曝した際のセンサ出力Ａを測定するセンサ出力検出手段と、センサ出力検出手段で測定されたセンサ出力Ａと予め記憶された域値Ｅと比較しその比較値に基づいて印加電圧値を決定する印加電圧決定手段と、印加電圧決定手段で決定された印加電圧にするために素子駆動用直流電源が印加する電圧を高くする電圧変更手段と、非燃焼時に限界電流式酸素センサを電圧変更手段により燃焼用電圧値より高い電圧値で暖気起動させ大気に曝した際のセンサ出力Ｂを測定するセンサ補正出力検出手段と、センサ補正出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂが起動時にオーバーシュートするかで限界電流性を判断する限界電流性判断手段（II）と、限界電流性判断（II）で限界電流と判断された場合に作動してセンサ補正出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値設定手段で設定される空燃比目標値を補正する空燃比目標値補正手段とを付与した構成とした。
【００１２】また上記問題点を解決するため本発明の空燃比制御手段を有する燃焼機器は、非燃焼時に限界電流式酸素センサを燃焼用電圧値で印加させ大気に曝した際のセンサ出力Ａを測定するセンサ出力検出手段と、センサ出力検出手段で測定されたセンサ出力Ａと予め記憶された上限値Ｅ１および下限値Ｅ２との大小を比較するセンサ出力良否検定手段と、センサ出力良否検出手段で値Ｅ１以上または値Ｅ２未満の場合は警報を発する警報発生手段とを付与した構成とした。
【００１３】また上記問題点を解決するため本発明の空燃比制御手段を有する燃焼機器は、空燃比制御手段での制御を解除した状態において燃料供給手段または空気供給手段のいずれかの一方の制御で排ガス中酸素濃度を高くした燃焼状態にする異常検出用設定手段と、異常検出用設定手段での燃焼状態において限界電流式酸素センサからのセンサ出力Ｚを測定する異常出力検出手段と、異常出力検出手段で測定されたセンサ出力Ｚと予め記憶された上限値Ｈ１および下限値Ｈ２との大小を比較する出力異常検定手段と、出力異常検出手段で限界電流式酸素センサからのセンサ出力Ｚが値Ｈ１以上または値Ｈ２未満の場合は警報を発する警報発生手段とを付与した構成とした。
【００１４】
【作用】本発明は上記構成にしたため、大気中において限界電流式酸素センサを燃焼用電圧値より高くした電圧値で作動させる際の電圧値が最適値に設定されるため短時間でセンサ出力Ｂが得られる、センサ出力Ｂが限界電流性であるかが判断されるためその精度が高い、センサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値を補正するため常に正しい空燃比目標値が得られる。従って、常に正しい酸素濃度で空燃比制御できる。
【００１５】また本発明は上記構成にしたため、大気中において限界電流式酸素センサを燃焼用電圧値より高くした電圧値で作動させる際のセンサ出力Ｂが限界電流性であるかが判断されるためその精度が高い、センサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値を補正するため常に正しい空燃比目標値が得られる。従って、常に正しい酸素濃度で空燃比制御できる。
【００１６】また本発明は上記構成にしたため、大気中において限界電流式酸素センサを燃焼用電圧値より高くした電圧値で作動させる際のオーバーシュートによりセンサ出力Ｂが限界電流性であるかが判断されるためセンサ出力Ｂの精度が高い、センサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値を補正するため正しい空燃比目標値が得られる。従って、常に正しい酸素濃度で空燃比制御できる。
【００１７】また本発明は上記構成にしたため、大気中において限界電流式酸素センサを燃焼用電圧値より高くした電圧値で作動させる際の電圧値が最適値に設定されるため短時間でセンサ出力Ｂが得られる、オーバーシュートによりセンサ出力Ｂが限界電流性であるかが判断されるためセンサ出力Ｂの精度が高い、センサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値を補正するため常に正しい空燃比目標値が得られる。従って、常に正しい酸素濃度で空燃比制御できる。
【００１８】また本発明は上記構成にしたため、大気中において限界電流式酸素センサを燃焼用電圧値で作動させた際のセンサ出力Ａが予め記憶された上限値Ｅ１および下限値Ｅ２より大小が判断されるため、限界電流式酸素センサの寿命が判断できる。従って、誤った酸素濃度での空燃比制御が防止できる。
【００１９】また本発明は上記構成にしたため、排ガス中酸素濃度を高くした燃焼状態における限界電流式酸素センサのセンサ出力Ｚが予め記憶された上限値Ｈ１および下限値Ｈ２より大小が判断されるため、限界電流式酸素センサの故障が判断できる。従って、誤った酸素濃度での空燃比制御が防止できる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００２１】図１は本発明の一実施例である燃焼機器のブロック図である。１は燃料を供給する燃料供給手段、２は空気を供給する空気供給手段、３は燃料を空気と混合して燃焼させる燃焼部である。４は燃焼排ガスが通過する排ガス流路であり、限界電流式酸素センサ５が配置されている。限界電流式酸素センサ５は、その電極（記載せず）に電圧を印加する素子駆動用直流電源６と、センサ出力を得るための電流検出手段７とで閉回路内が構成されている。８は空燃比制御手段であり、電流検出手段７からのセンサ出力に基づいて燃料供給手段１または空気供給手段２のいずれかの一方の制御を空燃比目標値になるように行う。９は空燃比目標値設定手段であり、設定された空燃比目標値の信号を発する。
【００２２】１０はセンサ出力検出手段であり、燃焼停止後に限界電流式酸素センサ５を燃焼用電圧で作動させ大気に曝した際のセンサ出力Ａを測定する。１１は印加電圧決定手段であり、センサ出力検出手段１０で測定したセンサ出力Ａと予め記憶された域値Ｅと比較しその比較値に基づいて印加電圧値の決定を行う。１２は電圧変更手段であり、印加電圧決定手段１１で決定された印加電圧にするために、素子駆動用直流電源６が印加する電圧を高く変更する。
【００２３】１３はセンサ補正出力検出手段であり、大気中で限界電流式酸素センサ５を電圧変更手段１２で高くした電圧値で作動させ、その際のセンサ出力Ｂを測定する。１４は限界電流性判断手段であり、センサ補正出力検出手段１３で測定されたセンサ出力Ｂと、センサ出力検出手段１０で測定されたセンサ出力Ａを比較して、限界電流性の判断を行う。１５は空燃比目標値補正手段であり、限界電流性判断１４で限界電流と判断された場合に作動して、センサ補正出力検定手段１５で測定されたセンサ出力Ｂに基づいて、空燃比目標値設定手段９に設定された空燃比目標値の補正を行う。
【００２４】１６は加熱用直流電源であり、限界電流式酸素センサ５を所定温度まで加熱するための電源である。
【００２５】センサ出力は基本的には電流検出手段７で発生する。そのため、センサ出力Ａを測定するセンサ出力検出手段１０、センサ出力Ｂを測定するセンサ補正出力検出手段１３は、電流検出手段７で発生した大気中での各電圧値でのセンサ出力値ＡおよびＢを測定する（読み取る）手段である。以下、同種の各種の出力検出手段は、電流検出手段７で発生した各種センサ出力値を測定する（読み取る）手段で表現する。
【００２６】図２は、本発明の第一の実施例である燃焼機器の制御流れのフローチャートである。燃焼が停止して大気が流入し、燃焼用電圧値で作動させた限界電流式酸素センサが大気中に曝された時からスタートする。まずステップ１で、限界電流式酸素センサが作動状態で大気中に所定時間曝される。所定時間経過するとステップ２で、限界電流式酸素センサの大気中でのセンサ出力Ａを読み取る。ステップ３では、大気中でのセンサ出力Ａと予め記憶させた域値Ｅとの比較が行われ、センサ出力Ａと域値Ｅの大小に応じて印加電圧が決定される。ステップ４では、限界電流式酸素センサに印加する電圧値が高く変更される。ステップ５では、印加電圧の変更後大気中に所定時間曝される。ステップ６では、印加電圧が変更された限界電流式酸素センサの大気中でのセンサ出力Ｂを読み取る。ステップ７では、燃焼時での印加電圧状態のセンサ出力Ａと、印加電圧が高く変更されたセンサ出力Ｂとの比較が行われ、限界電流か否かが判断される。限界電流と判断された場合はステップ８に進み、センサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値の補正を行う。ステップ９では、補正された新しい空燃比目標値の設定を行う。一方、限界電流でないと判断された場合はステップ１０に進み、警報を発する。
【００２７】図３は、本発明の実施例である燃焼機器の限界電流式酸素センサに用いた素子の一部破断斜視図である。３０は板状の酸素イオン電導性固体電解質であり、片側にカソード電極３１ａが、他面側にアノード電極３１ｂ（記載せず）が形成されている。この固体電解質板３０の片側上部に、カソード電極３１ａを囲み、始端と終端がお互いに間隔を有するように配置された１個の螺旋型硝子膜３２が配置されている。そして螺旋型硝子膜３２の上部にシール板３３を配置して、螺旋型硝子膜３２とシール板３３で拡散制限体を構成し、酸素拡散孔３４が螺旋型硝子膜３２の相対向する隔壁と固体電解質３０とシール板３３で囲まれる螺旋型の空間で形成されるようにした。酸素は酸素拡散孔３４を経由してカソード電極３１ａへ拡散する。なお、シール板３３の上部には加熱部３５が配置されている。この素子は、断熱材で周囲から外包されさらにこの断熱材をステンレス製金網ケースで外包して限界電流式酸素センサとして用いられる。
【００２８】次に具体的実験例にもとずいて説明する。素子に用いられる材料は以下の通りである。固体電解質板３０としてＹ2 Ｏ3を８ｍｏｌ％添加した安定化ジルコニア（以下、ＺｒＯ2・Ｙ2Ｏ3と記す）の焼結板、カソード電極３１ａおよびアノード電極３２ｂとして白金に酸化ビスマスを３wt％混合した白金電極、螺旋型硝子膜３２として硝子（熱膨脹係数はＺｒＯ2・Ｙ2Ｏ3と同一であり、所定粒径の耐熱性粒子を微量含有）、シール板３３としてフォルステライト、加熱部３５として白金ヒータを用いた。
【００２９】なお、カソード電極およびアノード電極は、白金に１〜５wt％の酸化ビスマスを混合した白金電極であり、酸化ビスマスが１wt％以下だと特性が得られないし５wt％以上だと耐久性が悪いの観点から組成を決定したものである。
【００３０】製法について説明する。まず、カソード電極３１ａおよびアノード電極３１ｂを固体電解質板３０に厚膜印刷しその後に焼成する工程で形成した。その後さらに、螺旋型硝子膜３２を固体電解質板３０に厚膜印刷しその後に焼成する工程で形成した。一方、シール板３３のうえには加熱部３５を厚膜印刷しその後に焼成する工程で形成した。つぎに、固体電解質板３０上の螺旋型硝子膜３２とシール板３３とを積層し加熱溶融することで酸素拡散孔３４を形成した。そしてリード線３６ａ・３６ｂを固定材を用いて取りつけて完成である。素子の寸法は１０×１０×１．０ｍｍである。
【００３１】素子は断熱材で周囲から外包し、さらにこの断熱材をステンレス製金網のケースに収納した。そして、電流検出手段７として１００Ωの抵抗を用いた駆動回路を接続し、抵抗の両端の電圧値を測定しその電圧値でセンサ出力が得られる様にした。なお、抵抗の両端電圧値を１００Ωで除することで電流を算出した。
【００３２】限界電流式酸素センサの酸素２０．６％大気中における電圧電流特性を図４に示す。
【００３３】使用初期品は、電圧０．６Ｖ以下においては電圧の上昇に伴い電流が増加するイオン電流特性であったが、電圧０．６Ｖ以上においては電圧に関わらず電流が一定値を示す限界電流特性であった。さて限界電流式酸素センサを燃焼排ガス中で使用する際は排ガス中水分の影響を回避するために、印加電圧を１．０Ｖ以下に設定する必要がある。そこで印加電圧を燃焼用電圧値１．０Ｖに設定して燃焼排ガス中で使用すると、燃焼が停止して大気が流入した雰囲気下では、使用初期品の電流（センサ出力）はＥとなる。そこで、値Ｅを予め記憶させた域値とした。
【００３４】一方、耐久試験品は、白金電極の劣化のため限界電流特性が電圧１．２Ｖ以上で得られる。従って、印加電圧を燃焼用電圧値１．０Ｖに設定して燃焼排ガス中で使用すると、燃焼が停止して大気が流入した雰囲気下では、耐久試験品のセンサ出力はＡとなり、限界電流特性が得られない。そのため、大気中で酸素濃度が正しく計測できる限界電流特性を得るためには、印加電圧を１．２Ｖ以上に設定する必要がある。そこで、印加電圧を変更して補正用電圧に設定すると限界電流特性が得られセンサ出力はＢとなる。このセンサ出力Ｂは、限界電流領域であるならどの電圧値でも一定値である。
【００３５】限界電流式酸素センサの酸素濃度ー電流特性を図５に示す。使用初期品は、燃焼用電圧１．０Ｖでの電流（センサ出力）が酸素濃度に対して全領域で直線関係にある。大気中（酸素濃度２０．６％）でのセンサ出力はＥであり、空燃比制御する酸素濃度を９．０％とすると対応する目標値はＸとなる。センサ出力が酸素濃度に対して全領域でほぼ直線関係であるため、目標値ＸはＥの０．４４倍となる。
【００３６】耐久試験品は、燃焼用電圧１．０Ｖでのセンサ出力が酸素濃度約１７％までは直線関係でありそれ以後の酸素濃度では変化せず一定値となる。そのため、大気中（酸素濃度２０．６％）でのセンサ出力Ａでは酸素濃度の計測ができない。しかし、電圧値を高くした補正用電圧でのセンサ出力は酸素濃度に対して全領域で直線関係にあり、大気中ではセンサ出力Ｂが得られる。
【００３７】大気中（酸素濃度２０．６％）でのセンサ出力はＢであり、空燃比制御する酸素濃度αを９．０％とすると対応する目標値はＹとなる。補正用電圧値でのセンサ出力が酸素濃度に対して全領域でほぼ直線関係であるため、目標値Ｙはセンサ出力Ｂの０．４４倍である。この０．４４倍は、酸素濃度αの９．０％を２０．６％で除した値の０．４４倍である。このことより大気中で限界電流が得られると、大気中でのセンサ出力を０．４４倍することで、酸素濃度９．０％となるための空燃比制御目標値が得られることがわかる。このことで空燃比制御目標値の補正ができる。
【００３８】さて、電圧１．０Ｖでのセンサ出力Ａと補正用電圧でのセンサ出力Ｂとを比較すると、値Ａは値Ｂの約０．８２倍となっている。値Ａが値Ｂの約０．８２倍となっている理由は、値Ｂが限界電流であるためである。一方、仮に値Ｂが限界電流でないと仮定すると、その値は値Ｂよりはるかに大きな値となるはずであり、値Ａとの比率は前述の値よりはるかに小さい値となる。このことより、燃焼用電圧１．０Ｖでのセンサ出力Ａと補正用電圧でのセンサ出力Ｂとを比較すると、値Ｂが限界電流であるか否かが判断できる。
【００３９】補正用電圧は１．２Ｖ以上であるならどの電圧値でもよいのだが、あまり電圧が高いと電子電導の影響で限界電流が得られなくなるためその上限値を１．８Ｖとした。また、この印加電圧の変更は時々行うこととした。
【００４０】そこで、燃焼用電圧値における耐久品のセンサ出力値Ａと初期品のセンサ出力値（域値）Ｅとの関係と、この関係で決定されるセンサ補正用電圧値と、燃焼用電圧値でのセンサ出力Ａと補正用電圧値でのセンサ出力Ｂとの関係で限界電流であると判断できるための関係について整理した。この関係を（表１）に示す。
【００４１】なお、Ａ／Ｅが＋１．２以上の場合は、センサ故障と判断した。これは、Ｅの１．２倍値を予め記憶された値Ｅ１とし、この値Ｅ１以上の値にＡがなる場合はセンサが故障した場合であるためである。また、Ａ／Ｅが０．６以下の場合は、センサ故障と判断した。これは、Ｅの０．６倍値を予め記憶された値Ｅ２とし、この値Ｅ２以下の値にＡがなる場合はセンサが故障した場合であるためである。
【００４２】
【表１】【００４３】図６は本発明の第２の実施例である燃焼機器のブロック図である。第２実施例において第１実施例と相違する点は、電圧変更手段１２がセンサ出力Ａを測定した後に常に作動し、しかも序め記憶された電圧値に素子駆動用直流電源６の電圧を常に変更させる構成とした事である。
【００４４】図７は、本発明の第２実施例である燃焼機器の制御流れのフローチャートである。第１実施例の制御流れと相違する点は、ステップ２２の印加電圧のアップであり、ステップ２１のセンサ出力Ａの読み取り直後に行われることである。以下、詳細に説明する。
【００４５】燃焼が停止して大気が流入し、燃焼時に作動させた状態の限界電流式酸素センサが大気中に曝された時からスタートする。まずステップ２０で、限界電流式酸素センサは燃焼用電圧値での作動状態で大気中に所定時間曝される。所定時間経過するとステップ２１で、限界電流式酸素センサの大気中でのセンサ出力Ａを読み取る。ステップ２２では、限界電流式酸素センサに印加する電圧が高く変更される。ステップ２３では、印加電圧の変更後大気中に所定時間曝される。ステップ２４では、印加電圧が高く変更された限界電流式酸素センサの大気中でのセンサ出力Ｂを読み取る。ステップ２５では、燃焼用電圧でのセンサ出力Ａと、印加電圧が高く変更されたセンサ出力Ｂとの比較が行われ、限界電流か否かが判断される。限界電流と判断された場合はステップ２６に進み、センサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値の補正を行い、ステップ２７で補正された新しい空燃比目標値の設定を行う。一方、限界電流でないと判断された場合はステップ２８に進み、警報を発する。
【００４６】限界電流式酸素センサの大気中における電圧電流特性は図４で説明する。使用初期品は、電圧０．６Ｖ以上において限界電流特性である。燃焼排ガス中で使用する際は排ガス中水分の影響を回避するために、印加電圧を１．０Ｖ以下に設定する必要がある。印加電圧を１．０Ｖに設定して燃焼排ガス中で使用すると、燃焼が停止して大気が流入した雰囲気下では、使用初期品の電流（センサ出力）はＥとなり、値Ｅを予め記憶させた域値とする。
【００４７】一方、耐久試験品は、限界電流特性が電圧１．２Ｖ以上で得られる。従って、燃焼用電圧１．０Ｖに設定して燃焼排ガス中で使用すると、燃焼が停止して大気が流入した雰囲気下では、耐久試験品のセンサ出力はＡとなり、限界電流特性が得られない。そのため、大気中で酸素濃度が正しく計測できる限界電流特性を得るためには、印加電圧を１．２Ｖ以上の補正用電圧に設定する必要がありセンサ出力Ｂが得られる。
【００４８】限界電流式酸素センサの酸素濃度−電流特性は図５で説明する。使用初期品は、燃焼用電圧１．０Ｖでの電流（センサ出力）が酸素濃度に対して全領域で直線関係にある。大気中（酸素濃度２０．６％）でのセンサ出力はＥであり、空燃比制御する酸素濃度を９．０％とすると対応する目標値はＸとなる。センサ出力が酸素濃度に対して全領域でほぼ直線関係であるため、目標値ＸはＥの０．４４倍となる。
【００４９】耐久試験品は、燃焼用電圧１．０Ｖでのセンサ出力が酸素濃度約１７％までは直線関係でありそれ以後の酸素濃度では変化せず一定値となる。そのため、大気中（酸素濃度２０．６％）でのセンサ出力Ａでは酸素濃度の計測ができない。しかし、電圧値を高くした補正用電圧（例えば１．６Ｖ）でのセンサ出力は酸素濃度に対して全領域で直線関係にある。
【００５０】大気中（酸素濃度２０．６％）でのセンサ出力はＢであり、空燃比制御する酸素濃度を９．０％とすると対応する目標値はＹとなる。補正用電圧値でのセンサ出力が酸素濃度に対して全領域でほぼ直線関係であるため、目標値Ｙは値Ｂの０．４４倍である。この０．４４倍は、酸素濃度の９．０％を２０．６％で除した値の０．４４倍である。このことより限界電流が得られると、大気中でのセンサ出力を０．４４倍することで、酸素濃度９．０％となるための空燃比制御目標値が得られることがわかる。このことで空燃比制御目標値の補正ができる。
【００５１】さて、燃焼用電圧１．０Ｖでのセンサ出力Ａと補正用電圧（１．６Ｖ）でのセンサ出力Ｂとを比較すると、値Ｂが限界電流であるため、値Ａは値Ｂの約０．８２倍となる。値Ａが値Ｂの約０．８２倍となっている理由は、値Ｂが限界電流であるためである。一方、仮に値Ｂが限界電流でないと仮定すると、その値は値Ｂよりはるかに大きな値となるはずであり、値Ａとの比率は前述の値よりはるかに小さい値となる。このことより、燃焼用電圧１．０Ｖでのセンサ出力Ａと補正用電圧（１．６Ｖ）でのセンサ出力Ｂとを比較すると、値Ｂが限界電流であるか否かが判断できる。補正用電圧は１．２Ｖ以上であるならどの電圧値でもよいのだが、あまり電圧が高いと電子電導の影響で限界電流が得られなくなるためその上限を１．８Ｖとした。
【００５２】燃焼用電圧値における耐久品のセンサ出力Ａと初期品のセンサ出力Ｅとの関係、変更後の電圧値、耐久試験品において１．０Ｖのセンサ出力Ａと電圧変更後のセンサ出力Ｂとの関係で限界電流であると判断できるための関係を整理した。それを（表２）に示す。
【００５３】なお、Ａ／Ｅが＋１．２以上の場合は、センサ故障と判断した。これは、Ｅの１．２倍値を予め記憶された値Ｅ１とし、この値Ｅ１以上の値にＡがなる場合はセンサが故障した場合であるためである。また、Ａ／Ｅが０．６以下の場合は、センサ故障と判断した。これは、Ｅの０．６倍値を予め記憶された値Ｅ２とし、この値Ｅ２以下の値にＡがなる場合はセンサが故障した場合であるためである。
【００５４】
【表２】【００５５】図８は本発明の第３実施例である燃焼機器のブロック図である。第３実施例において第１実施例と相違する点は、限界電流性判断手段（II）においてセンサ出力が暖気起動時にオーバーシュートするかで限界電流性を判断する構成としたことである。１３はセンサ補正出力検出手段であり、大気中で限界電流式酸素センサ５を電圧変更手段１２で高くした電圧値で暖気起動させ、その際のセンサ出力Ｂを測定する。１９は限界電流性判断手段（II）であり、センサ補正出力検出手段１３で測定されたセンサ出力が暖気起動時にオーバーシュートするかで限界電流性を判断する。１５は空燃比目標値補正手段であり、限界電流性判断手段（II）１９で限界電流と判断された場合に作動して、センサ補正出力検出手段１３で測定された安定時のセンサ出力Ｂに基づいて、空燃比目標値設定手段９に設定された空燃比目標値の補正を行う。
【００５６】図９は、本発明の第３実施例である燃焼機器の制御流れのフローチャートである。第１実施例の制御流れとは、加熱用直流電源および素子駆動用直流電源の作動停止など異なる制御流れとなっている。以下、詳細に説明する。
【００５７】燃焼が停止して大気が流入し、限界電流式酸素センサが大気中に曝された時からスタートする。まずステップ４０で加熱用直流電源の作動が停止し、ステップ４１で素子駆動用直流電源の作動が停止する。その後ステップ４２で、限界電流式酸素センサは大気中に所定時間曝されその温度が室温付近まで低下する。所定時間経過すると、ステップ４３で素子駆動用直流電源が印加電圧を高くして作動し、さらにステップ４４で加熱用直流電源が作動して暖気起動される。するとステップ４５で限界電流式酸素センサの大気中でのセンサ出力が定期的に読み取る。ステップ４６ではセンサ出力が暖気起動時にオーバーシュートするか否が判定される。オーバーシュートして限界電流と判断された際はステップ４７に進み、大気中に所定時間曝され安定時のセンサ出力Ｂを読み取る。その後、ステップ４８に進み、センサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値の補正を行う。ステップ４９では、補正された新しい空燃比目標値の設定を行う。一方、オーバーシュートせず限界電流でないと判断された場合はステップ５０に進み、警報を発する。
【００５８】図１０は、本発明の第３実施例である燃焼機器に用いられる限界電流式酸素センサの暖気起動特性であり、素子駆動用直流電源と加熱用直流電源が同時に作動して際の大気中におけるセンサ出力の過渡変化である。良品（耐久品）は、補正用電圧値１．６Ｖで暖気起動させた場合にセンサ出力がオーバーシュートしており、限界電流特性が得られる場合の過渡変化を示す。そして所定時間経過するとセンサ出力は安定し、安定時のセンサ出力Ｂを読み取った。寿命品（比較品）は、センサ出力がオーバーシュートせず限界電流特性が得られない場合の過渡変化である。
【００５９】限界電流式酸素センサの酸素濃度−電流特性は図５で説明する。限界電流特性が得られる耐久品の大気中（酸素濃度２０．６％）でのセンサ出力はＢであり、空燃比制御する酸素濃度を９．０％とすると対応する目標値はＹとなる。補正用電圧値でのセンサ出力が酸素濃度に対して全領域でほぼ直線関係であるため、目標値ＹはＢの０．４４倍である。この０．４４倍は、酸素濃度の９．０％を２０．６％で除した値の０．４４倍である。このことより限界電流が得られると、大気中でのセンサ出力Ｂを０．４４倍することで、酸素濃度９．０％となるための空燃比制御目標値が得られることがわかる。このことで空燃比制御目標値の補正ができる。
【００６０】図１１は本発明の第４実施例である燃焼機器のブロック図である。第３実施例と相違する点は、印加電圧決定手段１１においてセンサ出力Ａから印加電圧値が決定され、この決定された電圧値での暖気起動におけるオーバーシュートから限界電流性を判断する構成としたことである。１１は印加電圧決定手段であり、センサ出力検出手段１０で測定したセンサ出力Ａと予め記憶された域値Ｅと比較しその比較値に基づいて印加電圧値の決定を行う。１２は電圧変更手段であり、印加電圧決定手段１１で決定された印加電圧にするために、素子駆動用直流電源６が印加する電圧を高く変更する。１３はセンサ補正出力検出手段であり、大気中で限界電流式酸素センサ５を電圧変更手段１２で高くした電圧値で暖気起動させ、その際のセンサ出力Ｂを測定する。１９は限界電流性判断手段（II）であり、センサ補正出力検出手段１３で測定されたセンサ出力が暖気起動時にオーバーシュートするかで限界電流性を判断する。１５は空燃比目標値補正手段であり、限界電流性判断手段（II）１９で限界電流と判断された場合に作動して、センサ補正出力検出手段１３で測定された安定時のセンサ出力Ｂに基づいて、空燃比目標値設定手段９に設定された空燃比目標値の補正を行う。
【００６１】図１２は、本発明の第４実施例である燃焼機器の制御流れのフローチャートである。第３実施例の制御流れと相違する点は、ステップ６１でセンサ出力Ａを読み取り、ステップ６２でセンサ出力Ａから印加電圧を決定した後に、加熱用直流電源および素子駆動用直流電源の作動停止を行う制御流れとしたことである。燃焼が停止して大気が流入し、限界電流式酸素センサが大気中に曝された時からスタートする。まずステップ６０で、限界電流式酸素センサが作動状態で大気中に所定時間曝される。所定時間経過するとステップ６１で、限界電流式酸素センサの大気中でのセンサ出力Ａを読み取る。ステップ６２では、大気中でのセンサ出力Ａと予め記憶させた域値Ｅとの比較が行われ、センサ出力Ａと域値Ｅの大小に応じて印加電圧が決定される。ステップ６３で加熱用直流電源の作動が停止し、ステップ６４で素子駆動用直流電源の作動が停止する。その後ステップ６５で所定時間経過すると、限界電流式酸素センサは大気中に所定時間曝されその温度が室温付近まで低下する。ステップ６６では電圧値を高くして素子駆動用直流電源が作動して、さらにステップ６７で加熱用直流電源が作動して暖気起動される。するとステップ６８で限界電流式酸素センサの大気中でのセンサ出力が定期的に読み取る。ステップ６９ではセンサ出力が暖気起動時にオーバーシュートするか否が判定される。オーバーシュートして限界電流と判断された際はステップ７０に進み、大気中に所定時間曝され安定時のセンサ出力Ｂを読み取る。その後、ステップ７１に進み、センサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値の補正を行う。ステップ７２では、補正された新しい空燃比目標値の設定を行う。一方、オーバーシュートせず限界電流でないと判断された場合はステップ７３に進み、警報を発する。
【００６２】本発明の第４実施例である燃焼機器に用いられる限界電流式酸素センサの暖気起動特性は図１０で説明する。これは、素子駆動用直流電源と加熱用直流電源が同時に作動して際の大気中におけるセンサ出力の過渡変化である。良品（耐久品）は、補正用電圧値で暖気起動させた場合にセンサ出力がオーバーシュートしており、限界電流特性が得られる場合の過渡変化を示す。そして所定時間経過するとセンサ出力は安定し、安定時のセンサ出力Ｂを読み取った。寿命品（比較品）は、センサ出力がオーバーシュートせず限界電流特性が得られない場合の過渡変化である。
【００６３】限界電流式酸素センサの酸素濃度−電流特性は図５で説明する。限界電流特性が得られる耐久品の大気中（酸素濃度２０．６％）でのセンサ出力はＢであり、空燃比制御する酸素濃度を９．０％とすると対応する目標値はＹとなる。補正用電圧値でのセンサ出力が酸素濃度に対して全領域でほぼ直線関係であるため、目標値Ｙはセンサ出力Ｂの０．４４倍である。この０．４４倍は、酸素濃度の９．０％を２０．６％で除した値である。このことより限界電流が得られると、大気中でのセンサ出力Ｂを０．４４倍することで、酸素濃度９．０％となるための空燃比制御目標値が得られることがわかる。
【００６４】燃焼用電圧値における耐久品のセンサ出力値Ａと初期品のセンサ出力値（域値）Ｅとの関係と、この関係で決定されるセンサ補正用電圧値、の関係について整理した。この関係を（表３）に示す。
【００６５】補正用電圧は、あまり電圧が高いと電子電導の影響で限界電流が得られなくなるためその上限を１．８Ｖとした。
【００６６】なお、Ａ／Ｅが＋１．２以上の場合は、センサ故障と判断した。これは、Ｅの１．２倍値を予め記憶された値Ｅ１とし、この値Ｅ１以上の値にＡがなる場合はセンサが故障した場合であるためである。また、Ａ／Ｅが０．６以下の場合は、センサ故障と判断した。これは、Ｅの０．６倍値を予め記憶された値Ｅ２とし、この値Ｅ２以下の値にＡがなる場合はセンサが故障した場合であるためである。
【００６７】
【表３】【００６８】図１３は本発明の第５実施例である燃焼機器のブロック図である。第１から第４までの実施例と相違する点は、大気中のセンサ出力Ａの値から空燃比制御が可能か否かを判断する構成としたことである。１８はセンサ出力良否検定手段であり、センサ出力Ａが予め記憶された値Ｅ１未満でありしかも値Ｅ２以上かを比較する。予め記憶された値Ｅ１は予め記憶させた域値Ｅより大きい値であり、予め記憶された値Ｅ２は予め記憶させた域値Ｅより小さい値である。センサ出力検定手段１０でセンサ出力Ａが予め記憶された値Ｅ１未満でありしかも値Ｅ２以上と判定された場合、空燃比制御手段８で空燃比制御を行う。一方、センサ出力検定手段でセンサ出力Ａが予め記憶された値Ｅ１以上または値Ｅ２未満と判定された場合は、警報発生手段１７で警報を発生する。
【００６９】図１４は、本発明の第５の実施例である燃焼機器の制御流れのフローチャートである。燃焼が停止して大気が流入し、燃焼用電圧値で作動させた状態の限界電流式酸素センサが大気中に曝された時からスタートする。まずステップ８０で、限界電流式酸素センサが作動状態で大気中に所定時間曝される。所定時間経過するとステップ８１で、限界電流式酸素センサの大気中でのセンサ出力Ａを読み取る。ステップ８２では、大気中でのセンサ出力Ａと予め記憶された値Ｅ１との比較が行われ、センサ出力Ａが値Ｅ１未満ならステップ８３に進み、センサ出力Ａが値Ｅ１以上ならステップ８５に進む。ステップ８３では、大気中でのセンサ出力Ａと予め記憶された値Ｅ２との比較が行われ、センサ出力Ａが値Ｅ２以上ならステップ８４に進み、センサ出力Ａが値Ｅ２以下ならステップ８５に進む。ステップ８４は空燃比制御が可能と判断し、ステップ８５は警報発生を指示する。
【００７０】図１５は、本発明の第５実施例である燃焼機器の効果特性図である。使用初期品は、大気中では電圧０．６Ｖ以上において限界電流が得られる。さて燃焼排ガス中で使用する際は、排ガス中水分の影響を回避するために印加電圧を１．０Ｖ以下に設定する必要がある。従って印加電圧１．０Ｖ設定では、大気雰囲気下において電流（センサ出力）はＥとなる。そこで、値Ｅを予め記憶させた域値とする。また、燃焼雰囲気下の酸素９％においても限界電流が得られ、印加電圧１．０Ｖでの電流（センサ出力）はＸとなる。
【００７１】一方、耐久試験品は、電流が低下し大気中では限界電流特性が電圧１．２Ｖ以上で得られる。従って印加電圧１．０Ｖ設定では、大気雰囲気下においてセンサ出力はＡとなり、限界電流特性が得られない。しかし燃焼雰囲気下の酸素９％においては限界電流が得られ、印加電圧１．０Ｖでのセンサ出力はＸとなる。
【００７２】さて限界電流の特性より印加電圧１．０Ｖ設定では、大気中でのセンサ出力がＸ以上の場合において、酸素９％での限界電流が得られる。このことより、大気中でのセンサ出力Ａが、Ｘより大きい値であるＥ２以上あれば、酸素９％での限界電流が得られることとなる。一方、限界電流を得るために形成した酸素拡散孔の寸法が大きく拡大した場合は、センサ出力が大きくなり、最悪の場合は限界電流が得られなくなる。そこで、大気中でのセンサ出力が、予め記憶させたしきい値Ｅより大きい値であるＥ１を予め設定しておれば、限界電流が得られなくなる最悪事態の検定ができる。
【００７３】図１６は本発明の第６実施例である燃焼機器のブロック図である。第１から第５までの実施例と相違する点は、空燃比制御を解除して燃焼を一時的に悪化させ、得られるセンサ出力Ｚから燃焼機器の良否を判断する構成としたことである。
【００７４】２０は異常検出用設定手段であり、空燃比制御手段８での制御を解除した状態において燃料供給手段１または空気供給手段２のいずれかの一方の制御で燃焼を悪くさせる状態にする。２１は異常出力検出手段であり、異常検出用設定手段２０での燃焼状態において限界電流式酸素センサ５から得られるセンサ出力Ｚを測定する。２２は異常出力検定手段であり、異常出力検出手段２１で測定されたセンサ出力Ｚと予め記憶された値Ｈ１および値Ｈ２との大小を比較する。１７は警報発生手段であり、異常出力検出手段２１で得られるセンサ出力Ｚが値Ｈ１以上または値Ｈ２未満の場合は警報を発する。異常検出用設定手段２０は、燃焼直後もしくは燃焼停止直前にを僅かな時間で駆動させると、効果的に燃焼機器が作動する利点がある。
【００７５】図１７は、本発明の第６実施例である燃焼機器の制御流れのフローチャートである。燃焼中であり、燃焼用電圧値で作動させた状態の限界電流式酸素センサが燃焼排ガス中に曝された時からスタートする。まずステップ１００で空燃比制御が解除される。そしてステップ１０１で異常検出用設定手段での燃焼に変更され、燃料供給手段または空気供給手段のいずれかの一方の制御で目標値Ｘに対応する酸素濃度αより大きい酸素濃度で燃焼をさせる。ステップ１０２で所定時間が経過した後、ステップ１０３で排ガス中での限界電流式酸素センサのセンサ出力Ｚを読み取る。ステップ１０４では、排ガス中でのセンサ出力Ｚと予め記憶された値Ｈ１との比較が行われ、センサ出力Ｚが値Ｈ１未満ならステップ１０５に進み、センサ出力Ｚが値Ｈ１以上ならステップ１０７に進む。ステップ１０５では、センサ出力Ｚと予め記憶された値Ｈ２との比較が行われ、センサ出力Ｚが値Ｈ２以上ならステップ１０６に進み、センサ出力Ｚが値Ｈ２以下ならステップ１０７に進む。ステップ１０６は空燃比制御が可能と判断し、ステップ１０７は警報発生を指示する。
【００７６】図１８は、本発明の第６実施例である燃焼機器の効果特性図である。(a)は燃焼排ガス中酸素濃度とセンサ出力の関係であり、(b)は燃焼排ガス中酸素濃度と排ガス中一酸化炭素濃度の関係である。
【００７７】使用初期品は、空燃比制御目標値をＸとすると対応する酸素濃度はαとなる。さて異常検出のために、空燃比制御目標値Ｘに対応する酸素濃度αより大きい酸素濃度で燃焼をさせると、得られるセンサ出力Ｚは目標値Ｘより大きい値となる。そこで、目標値Ｘより大きい下限値Ｈ２を設定すると、センサ出力Ｚは下限値Ｈ２より大きな値となる。一方、センサ出力Ｚが上限値Ｈ１であると酸素濃度はηとなり、この酸素濃度η以上の燃焼では不完全燃焼を起こし一酸化炭素を多量に発生する。そこで、センサ出力Ｚが上限値Ｈ１以上の値となると警報を発して異常を知らせるようにした。
【００７８】耐久試験品（特性低下品）は、空燃比制御目標値をＸとすると対応する酸素濃度はβとなり、本来の酸素濃度αとは異なる濃度で燃焼するため僅かに不完全燃焼を起こす。異常検出のために、目標値Ｘに対応する酸素濃度αより大きい酸素濃度で燃焼をさせると、この濃度は下限値Ｈ２に対応する酸素濃度εより低濃度であるため、得られるセンサ出力Ｚは下限値Ｈ２より小さい値となる。このため警報を発して異常が判明する。特に、下限値Ｈ２を目標値Ｘと同一値とすると、異常が明白に判明する。
【００７９】耐久試験品（特性上昇品）は、空燃比制御目標値をＸとすると対応する酸素濃度はγとなり、本来の酸素濃度αより低濃度で燃焼するが正常燃焼である。しかし異常検出のために、目標値Ｘに対応する酸素濃度αより大きい酸素濃度で燃焼をさせると、この濃度は下限値Ｈ２に対応する酸素濃度ζより高濃度であるため、得られるセンサ出力Ｚは下限値Ｈ２より大きい値となる。しかし、上限値Ｈ１に対応する酸素濃度ιより高濃度であるため、得られるセンサ出力Ｚは上限値Ｈ１より大きい値となる。このため警報を発して異常が判明する。
【００８０】以上のように、異常検出用設定手段２０を用いて、空燃比制御を解除して空燃比制御目標値Ｘに対応する酸素濃度αより大きい酸素濃度で燃焼をさせると、耐久試験品の特性低下または特性上昇が判別できる。従って、限界電流式酸素センサの特性変化により、空燃比制御目標値Ｘに対応する酸素濃度αと異なる酸素濃度で燃焼が起こることが防止できる。また、センサ出力Ｚが下限値Ｈ２より小さい値となった場合は、空燃比制御目標値をＸより小さい値に変更すると、耐久試験品の特性低下があっても本来の酸素濃度αに近似の酸素濃度で燃焼することができる。また、センサ出力Ｚが上限値Ｈ１より大きい値となった場合は、空燃比制御目標値をＸより大きい値に変更すると、耐久試験品の特性上昇があっても本来の酸素濃度αに近似の酸素濃度で燃焼することができる。この機能を有する目標値設定手段２３を併設した。
【００８１】本発明の燃焼機器には、燃焼停止後に限界電流式酸素センサ５を作動させ大気に曝した際のセンサ出力Ａを測定するセンサ出力検出手段１０と、センサ出力Ａと予め記憶された上限値Ｅ１および下限値Ｅ２との大小を比較するセンサ出力良否検出手段１８と、センサ出力Ａが上限値Ｅ１以上または下限値Ｅ２未満の場合は警報を発する警報発生手段１７を、さらに付与する構成も可能である。このことで、限界電流式酸素センサの寿命が判断でき、不完全燃焼を起こすことない燃焼機器が得られる。特に、燃焼停止直後に酸素センサを燃焼用電圧値で作動させ大気に曝した際のセンサ出力Ａを測定すると、効果的に燃焼機器が作動する利点がある。なお、予め記憶された値Ｅ１は、燃焼用電圧値を印加させて大気に曝した際の使用初期品のセンサ出力Ｅより大きい値である。また、予め記憶された値Ｅ２は、センサ出力Ｅより小さくしかも空燃比目標値より大きい値である。
【００８２】また、本発明の燃焼機器は、限界電流性判断手段１４もしくは限界電流性判断手段（II）１９において限界電流が得られないと判断された場合は、作動して警報を発する警報発生手段１７を付与した構成も可能である。このことで、限界電流式酸素センサの寿命が判断でき、不完全燃焼を起こすことない燃焼機器が得られる。また、警報発生手段１７で警報が発せられた場合、燃焼を停止する燃焼停止手段２５、空燃比制御を解除する空燃比制御解除手段２４を必要に応じてさらに併用すると、一層信頼性の高い燃焼機器が得られる。特に、燃焼停止手段２５は、複数回の警報で作動する様にすると燃焼機器の信頼性がますます向上する。
【００８３】
【発明の効果】
（１）本発明は、大気中において限界電流式酸素センサを燃焼用電圧値より最適な値で高くした電圧値で作動させ、得られるセンサ出力Ｂが限界電流性であるかを判断した後センサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値を補正する手段を付与した燃焼機器である。従って短時間でセンサ出力Ｂが得られしかも、精度が高い正しい酸素濃度が常に得られ不完全燃焼を起こすことない長寿命の燃焼機器が得られる。
【００８４】（２）本発明は、大気中において限界電流式酸素センサを燃焼用電圧値より高くした電圧値で作動させ、得られるセンサ出力Ｂが限界電流性であるかを判断した後センサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値を補正する手段を付与した燃焼機器である。従って、精度が高い正しい酸素濃度が常に得られ、不完全燃焼を起こすことない長寿命の燃焼機器が得られる。
【００８５】（３）本発明は、大気中において限界電流式酸素センサを燃焼用電圧値より高くした電圧値で作動させ、得られるセンサ出力Ｂが限界電流性であるかをそのオーバーシュウートで判断した後センサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値を補正する手段を付与した燃焼機器である。従って、精度が高い正しい酸素濃度が常に得られ、不完全燃焼を起こすことない長寿命の燃焼機器が得られる。
【００８６】（４）本発明は、大気中において限界電流式酸素センサを燃焼用電圧値より最適な値で高くした電圧値で作動させ、得られるセンサ出力Ｂが限界電流性であるかをそのオーバーシュウートで判断した後センサ出力Ｂに基づいて空燃比目標値を補正する手段を付与した燃焼機器である。従って、短時間でセンサ出力Ｂが得られしかもその精度が高い正しい酸素濃度が常に得られ、不完全燃焼を起こすことない長寿命の燃焼機器が得られる。
【００８７】（５）本発明は、大気中において限界電流式酸素センサを燃焼用電圧値で作動させた際のセンサ出力Ａが予め記憶された上限値Ｅ１および下限値Ｅ２より大小かを判断する手段を付与した燃焼機器である。従って、限界電流式酸素センサの寿命が判断でき、不完全燃焼を起こすことない燃焼機器が得られる。
【００８８】（６）本発明は、排ガス中酸素濃度を高くした燃焼状態における限界電流式酸素センサのセンサ出力Ｚが予め記憶された上限値Ｈ１および下限値Ｈ２より大小かを判断する手段を付与した燃焼機器である。従って、限界電流式酸素センサの寿命が判断でき、不完全燃焼を起こすことない燃焼機器が得られる。
- 【公開番号】特開平９−８９２５０
【公開日】平成９年（１９９７）４月４日
【発明の名称】燃焼機器
【発明者】
【氏名】鶴田 邦弘
- 【出願番号】特願平７−２４７２４７
【出願日】平成７年（１９９５）９月２６日
【出願人】
【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
- 【代理人】
【弁理士】
【氏名又は名称】滝本 智之 （外１名）
スポンサード リンク
- ★当サイトのどのページも全てリンクフリーです、自由にお使いください
※以下のタグをホームページ中に張り付けると便利です。
ツイートする