JP4056286B2

JP4056286B2 - エンジン駆動装置の制御装置

Info

Publication number: JP4056286B2
Application number: JP2002118414A
Authority: JP
Inventors: 克典中島; 文隆岡; 輝彦小島; 準治松栄
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2022-04-19
Also published as: JP2003314323A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンにより駆動される空気調和装置、発電装置等のエンジン駆動装置の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高効率かつ低ＮＯＸ運転を行うために、エンジンは希薄燃焼を行う必要がある。このため、一般にエンジンに導入される燃料ガスと空気とが混合された混合気は、あらかじめ希薄で運転できるように設計されて使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、その一方で例えば圧縮機がガスエンジンにより駆動されるガスヒートポンプ式空気調和装置において、ツインコンプレッサのクラッチ機構を駆動する方に切り替える際には、エンジンのトルクを十分に確保する必要がある。そのために、エンジンに導入する混合気量を増加するなどして対応するが、この場合トルクが不十分（燃料量の不足）であるとエンストし、逆にトルクを確保しすぎる（燃料量の過多）とエンジンの回転数の跳ね上がりが生じる可能性がある。
【０００４】
そこで本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、ツインコンプレッサの両方を駆動させる際のエンジンの大きな回転数の落ち込みや跳ね上がりを抑え、空調性の向上や運転音の低減を図ることができるエンジン駆動装置の制御装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、エンジンにより駆動されるエンジン駆動装置の制御装置において、燃料ガスの流量を調整する燃料調整弁と、前記エンジンの燃焼室へ供給される空気と燃料ガスとの混合気の流量を調整するスロットル調整弁と、前記エンジンにより一方が負荷の状態にかかわらず常に駆動されると共に他方が負荷の状態に応じてクラッチ機構により駆動されるか非駆動されるかが選択されるツインコンプレッサと、このツインコンプレッサにつながって単一の冷凍サイクルを構成する室内熱交換器及び室外熱交換器と、前記ツインコンプレッサの冷媒圧力を検出する圧力検出手段と、前記クラッチ機構を他方を駆動する方に切り替える際に前記圧力検出手段の検出状態に基づいて前記切り替えと同時に前記スロットル調整弁を所定開度となるように制御する制御手段とから構成したことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。図１は、本発明に係るヒートポンプ式空気調和装置の一実施の形態が適用された標準仕様の空気調和装置における冷媒回路を示す回路図である。
【０００７】
この図１に示すように、冷凍装置としてのヒートポンプ式空気調和装置１０は、室外機１１、複数台（例えば２台）の室内機１２Ａ、１２Ｂ及びマイクロコンピュータなどの制御装置１３、４４を有してなり、室外機１１の室外冷媒配管１４と室内機１２Ａ、１２Ｂの各室内冷媒配管１５Ａ、１５Ｂとが連結されている。
【０００８】
前記室外機１１は室外に設置され、室外冷媒配管１４にはツインコンプレッサ１６が配設されるとともに、このツインコンプレッサ１６の吸込側に冷媒の圧力を検出する圧力検出センサＳ１、ストレーナ２８及びアキュムレータ１７が、吐出側に冷媒の圧力を検出する圧力検出センサＳ２及び四方弁１８がそれぞれ配設され、この四方弁１８側に室外熱交換器１９、室外膨張弁２４、ドライコア２５が順次配設されて構成される。室外熱交換器１９には、この室外熱交換器１９へ向かって送風する室外ファン２０が隣接して配置されている。
【０００９】
また、ツインコンプレッサ１６はクラッチ機構２７を介してガスエンジン３０に連結されており、このガスエンジン３０により一方が駆動され、他方が前記クラッチ機構２７により駆動されるか非駆動されるかが選択される。前記クラッチ機構２７は、ガスエンジン３０の出力軸に設けられたプーリ２７Ａと、ツインコンプレッサ１６の一方側の伝達軸に設けられたプーリ２７Ｂと、同じくツインコンプレッサ１６の他方側の伝達軸に設けられたプーリ２７Ｃと、これらの各プーリの掛け渡されたベルト２７Ｄと、前記ツインコンプレッサ１６の他方側の伝達軸の回転を該ツインコンプレッサ１６の他方に伝達するか否かを切り替えるクラッチ２７Ｅとから構成される。更に、室外膨張弁２４をバイパスしてバイパス管２６が配設されている。
【００１０】
一方、前記室内機１２Ａ、１２Ｂはそれぞれ室内に設置され、それぞれ、室内冷媒配管１５Ａ、１５Ｂに室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂが配設されるとともに、室内冷媒配管１５Ａ、１５Ｂのそれぞれにおいて室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂの近傍に室内膨張弁２２Ａ、２２Ｂが配設されて構成される。上記室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂには、これらの室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂへ送風する室内ファン２３Ａ、２３Ｂが隣接して配置されている。
【００１１】
尚、図１中の符号２８はストレーナを示す。また２９は、ツインコンプレッサ１６の吐出側の冷媒圧力をツインコンプレッサ１６の吸込側へ逃す安全弁である。
【００１２】
また、上記制御装置１３は室外機１１に設置され、室外機１１及び室内機１２Ａ、１２Ｂの運転を制御する。具体的には、制御装置１３は、室外機１１におけるガスエンジン３０（即ちツインコンプレッサ１６）、四方弁１８、室外ファン２０及び室外膨張弁２４、並びに室内機１２Ａ、１２Ｂにおける室内膨張弁２２Ａ、２２Ｂ、及び室内ファン２３Ａ、２３Ｂをそれぞれ制御する。
【００１３】
前記制御装置１３により四方弁１８が切り替えられることにより、ヒートポンプ式空気調和装置１０が冷房運転又は暖房運転に設定される。つまり、制御装置１３が四方弁１８を冷房側に切り替えたときには、冷媒が実線矢印の如く流れ、室外熱交換器１９が凝縮器に、室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂが蒸発器になって冷房運転状態となり、各室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂが室内を冷房する。また、制御装置１３が四方弁１８を暖房側に切り換えたときには、冷媒が破線矢印の如く流れ、室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂが凝縮器に、室外熱交換器１９が蒸発器になって暖房運転状態となり、各室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂが室内を暖房する。
【００１４】
また、制御装置１３は、冷房運転時には、室内膨張弁２２Ａ、２２Ｂのそれぞれの弁開度を空調負荷に応じて制御する。暖房運転時には、制御装置１３は、室外膨張弁２４及び室内膨張弁２２Ａ、２２Ｂのそれぞれの弁開度を空調負荷に応じて制御する。
【００１５】
一方、ツインコンプレッサ１６を駆動するガスエンジン３０の燃焼室（図示せず）には、制御装置４４により制御されるエンジン燃料供給装置３１から混合気が供給される。このエンジン燃料供給装置３１は、燃料供給配管３２に、２個の燃料遮断弁３３、ゼロガバナ３４、燃料調整弁３５及びスロットル調整弁３６が順次配設され、この燃料供給配管３２のスロットル調整弁３６側端部がガスエンジン３０の上記燃焼室に接続されて構成される。
【００１６】
前記燃料遮断弁３３は、直列に２個配設されて２閉鎖型の燃料遮断弁機構を構成し、２個の燃料遮断弁３３が連動して全閉または全開し、燃料ガスの漏れのない遮断と連通とを択一に実施する。
【００１７】
前記ゼロガバナ３４は、燃料供給配管３２内における当該ゼロガバナ３４の前後の１次側燃料ガス圧力（一次圧ａ）と２次側燃料ガス圧力（二次圧ｂ）とのうち、一次圧ａの変動によっても二次圧ｂを一定の所定圧に調整して、ガスエンジン３０の運転を安定化させる。
【００１８】
前記制御装置４４に制御される燃料調整弁３５は、スロットル調整弁３６の上流側から空気が導入されることで生成される混合気の空燃比を最適に調整するものである。また、同じく前記制御装置４４に制御されるスロットル調整弁３６は、ガスエンジン３０の燃焼室へ供給される混合気の供給量を調整して、ガスエンジン３０の回転数を制御する。
【００１９】
ガスエンジン３０には、同じく前記制御装置４４に制御されるエンジンオイル供給装置３７が接続されている。このエンジンオイル供給装置３７は、オイルサブタンク４５に接続されるオイル供給配管３８にオイル遮断弁３９、サブオイルパン４６及びオイル供給ポンプ４０等が配設されたものであり、ガスエンジン３０へエンジンオイルを適宜供給する。
【００２０】
前記制御装置４４によるガスエンジン３０の制御は、具体的には、エンジン燃料供給装置３１の燃料遮断弁３３、ゼロガバナ３４、燃料調整弁３５及びスロットル調整弁３６、並びにエンジンオイル供給装置３７のオイル遮断弁３９及びオイル供給ポンプ４０を制御することによってなされる。
【００２１】
また、４８はカム角センサで、前記ガスエンジン３０のどの気筒にイグニッションにより点火するかを判別するものであり、４９はクランク角センサで、前記ガスエンジン３０の回転速度を検出するもので、具体的にはエンジン３０の各ピストンを連結するクランク軸の回転速度を検出するが、１分間当りの回転数を検出することとなる。
【００２２】
そして、上記ガスエンジン３０は、エンジン冷却装置４１内を循環するエンジン冷却水により冷却される。このエンジン冷却装置４１は、一端がガスエンジン３０に付設された図示しない排ガス熱交換器を介してガスエンジン３０に接続されると共に、他端がガスエンジン３０に直接接続された略閉ループ形状の冷却水配管４２にワックス三方弁４３、ラジエータ４６及び循環ポンプ４７が順次配設されて構成される。
【００２３】
上記循環ポンプ４７は、稼働時にエンジン冷却水を昇圧して、このエンジン冷却水を冷却水配管４２内で循環させる。
【００２４】
上記ワックス三方弁４３は、ガスエンジン３０を速やかに暖機させるためのものである。このワックス三方弁４３は、入口４３Ａが、冷却水配管４２におけるガスエンジン３０に、低温側出口４３Ｂが冷却水配管４２における循環ポンプ４７の吸込側に、高温側出口４３Ｃが冷却水配管４２におけるラジエータ４６側にそれぞれ接続される。
【００２５】
エンジン冷却水は、循環ポンプ４７の吐出側から約４０℃でガスエンジン３０の排ガス熱交換器へ流入し、ガスエンジン３０の排熱（排気ガスの熱）を回収した後にガスエンジン３０内を流れてこのガスエンジン３０を冷却し、約８０℃に加熱される。ガスエンジン３０からワックス三方弁４３に流入したエンジン冷却水は、低温（例えば８０℃以下）のときには低温側出口４３Ｂから循環ポンプ４７に戻されてガスエンジン３０を速やかに暖機し、高温（例えば８０℃以上）のときには高温側出口４３Ｃからラジエータ４６へ流れる。
【００２６】
このラジエータ４６は、エンジン冷却水を放熱して、このエンジン冷却水を約４０℃に冷却するものである。このラジエータ４６にて冷却されたエンジン冷却水は、循環ポンプ４７の吸込側を経てガスエンジン３０の排ガス熱交換器へ戻され、ガスエンジン３０を冷却する。また、このラジエータ４６は、空気調和装置１０の室外熱交換器１９に隣接配置される。
【００２７】
空気調和装置１０の冷房または暖房運転時に、エンジン冷却装置４１の循環ポンプ４７が稼働されてエンジン冷却水が循環し、このエンジン冷却水がガスエンジン３０を冷却する。ガスエンジン３０を冷却したエンジン冷却水は、ラジエータ４６にて放熱されて冷却される。特に、空気調和装置１０の暖房運転時には、ラジエータ４６にて放熱された熱は、蒸発器として機能する室外熱交換器１９に取り込まれ、蒸発器の熱源として利用される。
【００２８】
ところで、前記エンジン燃料供給装置３１の燃料調整弁３５は、図２及び図３に示すように、弁本体部５１に、弁開度調整可能な弁機構、例えば電動弁５３が設置され、更に切換え部材としての弁蓋５０が取り付けられて構成される。この弁蓋５０は、その表面５０Ａを外側にして取り付ける場合（図３（Ｂ））と、その裏面５０Ｂを外側にして取り付ける場合（図３（Ａ））とで、燃料調整弁３５内を流れる燃料ガスの流路が切り替えられて、流路面積が変更可能に構成される。
【００２９】
つまり、弁蓋５０は、その表面５０Ａが平坦面に形成され、その裏面５０Ｂに凹部５２が形成されている。従って、図３（Ａ）に示すように、裏面５０Ｂを外側に向け、表面５０Ａを内側に向けて弁蓋５０を弁本体部５１に取り付けた場合には、ゼロガバナ３４からの燃料ガスは、電動弁５３のみを通ってスロットル調整弁３６へ流れ、電動弁５３の弁開度により流量調整される。このように、燃料ガスが電動弁５３のみを通るような燃料調整弁３５内の流路の選択は、発熱量が大きく（約２４０００ｋcal／ｍ³）、燃料ガスを多量に必要としない燃料ガス種、例えばプロパンの場合である。
【００３０】
また、図３（Ｂ）に示すように、表面５０Ａを外側に向け、裏面５０Ｂを内側に向けて弁蓋５０を弁本体部５１に取り付ける場合には、ゼロガバナ３４からの燃料ガスは、電動弁５３を通るばかりか、弁本体部５１の中央部及び弁蓋５０の凹部５２により形成される流路を通ってスロットル調整弁３６へ流れ、電動弁５３を流れる一部がこの電動弁５３の弁開度により流量調整される。このように、燃料ガスが電動弁５３と、凹部５２等により形成された流路とをともに通る燃料調整弁３５内の流路の選択は、発熱量が少なく（１１０００ｋcal／ｍ³）、燃料ガスを多く必要とする燃料ガス種、例えば１３Ａの場合である。
【００３１】
また、弁蓋５０の側面には、図２（Ｂ）に示すように、スイッチ動作部材としての突起５４が設けられている。この突起５４は、燃料調整弁３５の弁本体部５１に設置された図４に示す弁蓋スイッチ５５を押圧し、この弁蓋スイッチ５５をＯＮまたはＯＦＦ動作する。図３（Ａ）に示すように、弁蓋５０が裏面５０Ｂを外側に向けて弁本体部５１に取り付けられている場合には（プロパン仕様）、突起５４が弁蓋スイッチ５５を押圧することなく、この弁蓋スイッチ５５はＯＦＦ動作される。また、図３（Ｂ）に示すように、弁蓋５０が表面５０Ａを外側に向けて弁本体部５１に取り付けられている場合には（１３Ａ仕様）、突起５４が弁蓋５０を押圧して、この弁蓋スイッチ５５をＯＮ動作させる。
【００３２】
この弁蓋スイッチ５５のＯＮ、ＯＦＦ動作により、弁蓋５０の取付状態が、図４に示す制御装置４４のＣＰＵ５６に告知される。つまり、弁蓋スイッチ５５からＣＰＵ５６へＯＦＦ信号が送信されたときには、弁蓋５０がプロパン仕様で取り付けられた旨が告知され、また、弁蓋スイッチ５５からＣＰＵ５６へＯＮ信号が送信されたときには、弁蓋５０が１３Ａ仕様で取り付けられた旨が告知される。
【００３３】
一方、この制御装置４４には、燃料調整弁３５における電動弁５３の弁開度などを燃料ガスの種類に応じて異なって制御するための複数種類の制御データ、例えばプロパン仕様と１３Ａ仕様の２種類の制御データを格納するメモリ５７（ＥＥＰＲＯＭなど）を備える。このメモリ５７内の複数種類（２種類）の制御データは、制御装置４４に装備されたディップスイッチ５８等の操作により、燃料ガスの種類に対応して選択されて設定される。
【００３４】
制御装置４４のＣＰＵ５６は、電源投入状態において、弁蓋５０の取付状態（つまり燃料設定手段としての弁蓋スイッチ５５のＯＮまたはＯＦＦ信号の受信）と、同じく燃料設定手段としてのディップスイッチ５８等により選択して設定されたメモリ５７内の制御データの種類とに基づき、燃料調整弁３５が燃料ガスの種類に適合しているか否かの判定を実施し、適合していない場合には、エラー停止の処理を行い、制御装置４４の警報出力部５９へ警報信号を送信して、この警報出力部５９により警報を出力させる。
【００３５】
つまり、ＣＰＵ５６は、この判定においては、図５に示すように、まずメモリ５７内で設定された制御データの種類がプロパン仕様であるのか、都市ガス１３Ａ仕様であるのかを確認する。つぎに、ＣＰＵ５６は、弁蓋スイッチ５５がＯＮ動作されて、弁蓋５０の表面５０Ａが外側に向けて取り付けられて１３Ａ仕様になっているか（図３（Ｂ））、弁蓋スイッチ５５がＯＦＦ操作されて、弁蓋５０の裏面５０Ｂが外側に向けて取り付けられてプロパン仕様になっているか（図３（Ａ））を確認する。ＣＰＵ５６は、これらメモリ５７内で設定された制御データの種類と弁蓋５０の取付状態とが、同一の燃料ガスの種類に対応していない仕様のときにはエラーと判断して（図５のエラー▲１▼〜▲４▼）、警報出力部５９に警報を出力させる。
【００３６】
燃料調整弁３５が燃料ガスの種類に適合している場合、すなわち、メモリ５７内で設定された制御データの種類と弁蓋５０の取付状態等が、同一の燃料ガスの種類に対応していると判断した場合に、引き続きＣＰＵ５６は、ガスエンジン３０を起動させ、燃料調整弁３５と使用する燃料ガスの種類の適合状況を判定する。
【００３７】
以上のように制御されてガスエンジン３０が起動するが、次にガスエンジン３０が起動した後の動作につき図６のフローチャートに基づき、説明する。先ず、冷媒制御からのクラッチオン信号があるか否か、言い換えると冷媒の循環量を増加する空調の状態が更なる冷却が必要か否かが制御装置４４により判断される。
【００３８】
そして、更なる冷却が必要と判断されると、制御装置４４はガスエンジン３０の設定回転数を１４００ｍｉｎ^-1にセットし、燃料調整弁３５を所定開度、例えば全開を４１０ｓｔｅｐとしたときの２５０ｓｔｅｐ分の開度に固定する。
【００３９】
次に、制御装置４４は、クラッチ機構２７を作動させてガスエンジン３０によりツインコンプレッサ１６の両方を駆動するように制御する。そして、スロットル調整弁３６をＡｓｔｅｐ分の開度とする。このＡの値は、ガスエンジン３０の種類がエンジンＥ１であれば、５０×（冷媒低圧値）＋１０（ｓｔｅｐ）であり、但し（スロットル現開度＋Ａ）＜１００の場合にはＡは（１００−スロットル調整弁現開度）である。また、ガスエンジン３０の種類がエンジンＥ２であれば、５０×（冷媒低圧値）−２０（ｓｔｅｐ）であり、但し（冷媒低圧値）＜０．４の場合にはＡは２０である。なお、前記冷媒低圧値は、ゲージ圧値で、ツインコンプレッサ１６の吸込側の圧力検出センサＳ１により検出された冷媒の圧力値である。
【００４０】
そして、制御装置４４は、前記燃料調整弁３５の前記所定開度（２５０ｓｔｅｐ）の固定を解除すると共に、ガスエンジン３０の設定回転数のマスクを解除する。次いで、クラッチ完了信号を制御装置１３に送り、以後空調の状態に合わせた制御がなされることとなる。
【００４１】
以上のように、ツインコンプレッサ１６のクラッチ機構２７を駆動する方に切り替える際には、エンジンのトルクを十分に確保する必要があり、そのためエンジンに導入する混合気量を増加するなどして対応するのが一般的であるが、この場合トルクが不十分（燃料量の不足）であるとエンストし、逆にトルクを確保しすぎる（燃料量の過多）とエンジンの回転数の跳ね上がりが生じる可能性があるが、本発明の実施形態によれば、燃料調整弁３５ばかりかスロットル調整弁３６の開度をツインコンプレッサ１６の必要とする出力に応じた開度とすることにより、ガスエンジン３０の大きな回転数の落ち込みや跳ね上がりを抑え、空調性の向上や運転音の低減を図ることができるものである。
【００４２】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ガスエンジンのみでなく液体燃料エンジンにも適用でき、空気調和装置の他に、エンジン駆動発電装置などのエンジン駆動装置の制御装置に適用できる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ツインコンプレッサの両方を駆動させる際のガスエンジンの大きな回転数の落ち込みや跳ね上がりを抑え、空調性の向上や運転音の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気調和装置の一実施の形態を示す系統図である。
【図２】図１の燃料調整弁等を示す斜視図である。
【図３】図２の燃料調整弁を模擬的に示す正面図である。
【図４】図１の制御装置を、燃料調整弁の弁蓋ともに示すブロック図である。
【図５】燃料ガスの種類と制御装置のメモリにおける設定、燃料調整弁の弁蓋の取付状態との適合関係を示す図表である。
【図６】動作説明用のフローチャートである。
【符号の説明】
１０空気調和装置(エンジン駆動装置)
１３、４４制御装置
１６ツインコンプレッサ
２７クラッチ機構
３０ガスエンジン
３５燃料調整弁
３６スロットル調整弁
Ｓ１圧力検出センサ

Claims

エンジンにより駆動されるエンジン駆動装置の制御装置において、燃料ガスの流量を調整する燃料調整弁と、前記エンジンの燃焼室へ供給される空気と燃料ガスとの混合気の流量を調整するスロットル調整弁と、前記エンジンにより一方が負荷の状態にかかわらず常に駆動されると共に他方が負荷の状態に応じてクラッチ機構により駆動されるか非駆動されるかが選択されるツインコンプレッサと、このツインコンプレッサにつながって単一の冷凍サイクルを構成する室内熱交換器及び室外熱交換器と、前記ツインコンプレッサの冷媒圧力を検出する圧力検出手段と、前記クラッチ機構を他方を駆動する方に切り替える際に前記圧力検出手段の検出状態に基づいて前記切り替えと同時に前記スロットル調整弁を所定開度となるように制御する制御手段とから構成したことを特徴とするエンジン駆動装置の制御装置。