JP4066742B2 - ガスヒートポンプ用エンジンシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスヒートポンプ用エンジンシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスヒートポンプでは、ガスエンジンによってコンプレッサーを駆動するため、ランニングコストの低減のためには、ガスエンジンの熱効率の向上、燃費の向上が重要である。
【０００３】
ガスエンジンの熱効率を向上させる方法の一つとして、実用回転域の範囲内において、なるべくスロットルバルブを全開近くで運転する方法が挙げられる。こうすれば、実用回転域での運転においてポンピングロスを小さくすることができ、熱効率のより高い運転状態を実現できる。
【０００４】
一方、ガスヒートポンプに使用されるガスエンジンは、乗用車用エンジンと比較し使用時間が長く、また、ユーザーのニーズとしてメンテナンス間隔も長期化が求められており、計時劣化を考慮する必要がある。そこで、ガスエンジンには、経時劣化に伴う性能低下が起きても、スロットル開度をより開きさえすればコンプレッサの要求トルクに応じた出力トルクが得られるように、使用初期コンプレッサーより要求されるトルクの最大値から想定される排気量よりも大排気量のものが使用されていた。そして、経時劣化に伴う出力トルクの低下が小さいうちは、コンプレッサーが要求するトルクの最大値を出力するときでも、経時劣化の余裕を見込んだ分だけスロットル全開よりも閉じ側のスロットル開度で運転されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガスエンジンの経時劣化に伴う出力トルクの低下が小さいうちは、スロットル開度をより閉じ側にして運転されることから、ポンピングロスが大きく、熱効率が低い状態での運転が避けられなかった。このため、ガスエンジンの燃費を向上させることができず、ガスヒートポンプのランニングコストを低減することができなかった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、熱効率がより高い状態でガスエンジンを運転することができ、その燃費を向上することができるガスヒートポンプ用エンジンシステムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、コンプレッサーをガスエンジンにより駆動し、吸気通路内に配置されるスロットルバルブにて前記ガスエンジンのエンジン回転数を制御するガスヒートポンプ用エンジンシステムにおいて、前記ガスエンジンに対して燃焼用空気を過給可能な過給手段と、前記スロットルバルブのスロットル開度がほぼ全開であり、かつ、前記エンジン回転数が、要求回転数に達しない出力低下状態であるか否かを、その運転状態に基づいて判定する判定手段と、前記ガスエンジンが前記出力低下状態であると判定されたときには、過給を行う過給制御手段とを備え 前記過給手段は、前記吸気通路に対して前記スロットルバルブよりも上流側で接続された副吸気通路と、前記副吸気通路を通じてガスエンジンに燃焼用空気を過給可能な過給機とからなり、前記過給制御手段は、前記副吸気通路と前記吸気通路との接続部にて、前記吸気通路の上流側と前記副吸気通路とを切り換える通路切換手段と、前記過給機を運転又は停止する運転手段と、前記判定手段の判定結果に基づいて前記通路切換手段及び運転手段を制御し、前記出力低下状態と判定されたときには、前記接続部より下流側の吸気通路と前記副吸気通路を連通させるとともに、前記過給機を運転するように前記運転手段を制御する吸気制御手段とからなっている。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、ガスエンジンが経時劣化し、スロットル開度がほぼ全開のときの出力トルクが不足し、エンジン回転数が要求回転数に達しない出力低下状態となると過給手段がガスエンジンに過給し、要求トルクに応じた出力トルクが確保される。このため、コンプレッサーより要求されるトルクの最大値に対し、従来より排気量が小さいガスエンジンを用いることができ、スロットル開度をより全開側にして運転することができるため、運転中のポンピングロスがより小さくなる。
また、ガスエンジンが出力低下状態となると、吸気通路に対してスロットルバルブよりも上流側で接続された副吸気通路を通じて、過給機からガスエンジンに燃焼用空気が過給される。ガスエンジンが出力低下状態となると、過給制御手段が通路切換手段を制御して副吸気通路を吸気通路に連通させるとともに過給機を運転する。そして、副吸気通路を通じてガスエンジンに過給する。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記判定手段は、前記ガスエンジン各部に配置されたセンサにより運転状態に関わる値を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段の検出値と予め設定された判定基準とに基づき、前記出力低下状態であるか否かを判定する出力状態判定手段とからなる。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、運転状態検出手段が、ガスエンジン各部に配置されたセンサにより、運転状態に関する値を検出する。そして、この検出値と、予め設定された判定基準とに基づき、出力状態判定手段が、出力低下状態であるか否かを判定する。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記運転状態検出手段は、前記スロットル開度と前記エンジン回転数を検出する。
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の作用に加えて、スロットル開度とエンジン回転数とに基づいて出力低下状態であるか否かが判定される。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記運転状態検出手段は、前記ガスエンジンの吸気量を検出する。
請求項４に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の作用に加えて、ガスエンジンの吸気量に基づいて出力低下状態であるか否かが判定される。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記運転状態検出手段は、前記ガスエンジンの振動を検出する。
請求項５に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の作用に加えて、ガスエンジンの振動に基づいて出力低下状態であるか否かが判定される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明をガスヒートポンプ用エンジンシステムに具体化した第１実施形態を図１及び図２を用いて説明する。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態のエンジンシステム１０は、ガスヒートポンプシステムに設けられるものであって、ガスエンジン１１、電気式過給機１２、オルタネータ１３、電磁クラッチ１４、コントローラ１５及びバイパスバルブ１６等によって構成されている。
【００２０】
ガスエンジン１１は、ガスヒートポンプの構成要素であるコンプレッサー１７を直接駆動する。ガスエンジン１１には、燃焼用空気を導入するためのメイン吸気管（吸気通路）１８が接続されている。メイン吸気管１８は、図示しないエアクリーナを介して外気に連通されている。
【００２１】
メイン吸気管１８の下流域には、ガスエンジン１１が吸入する燃焼用空気の吸気量を調節するスロットルバルブ１９が設けられている。スロットルバルブ１９は、そのスロットル開度が全閉から全開の範囲で調節される。
【００２２】
スロットルバルブ１９は、スロットルアクチュエータ２０によって作動する。スロットルアクチュエータ２０は、ガスヒートポンプの図示しないメインコントローラによって作動制御される。このメインコントローラは、例えば、設定温度及び実際の室温等の情報に基づいて、コンプレッサー１７の回転数に比例するガスエンジン１１の回転数について、要求回転数（目標回転数）を設定する。そして、ガスエンジン１１の実際の回転数がこの目標回転数となるように、スロットルアクチュエータ２０を作動制御してスロットル開度を調節する。
【００２３】
なお、エンジンシステム１０には、図示しないキャブレターが設けられている。キャブレターは、スロットル開度に応じた量のガスをガスエンジン１１に供給する。
【００２４】
メイン吸気管１８には、バイパス吸気管（副吸気通路）２１が接続されている。バイパス吸気管２１は、メイン吸気管１８の上流域と下流域とを連通し、下流域においてスロットルバルブ１９の上流側に接続されている。
【００２５】
バイパス吸気管２１上には、モータにてコンプレッサーを駆動する電気式過給機（過給機）１２が設けられている。電気式過給機１２は、バイパス吸気管２１を通じてガスエンジン１１に燃焼用空気を過給可能である。
【００２６】
メイン吸気管１８とバイパス吸気管２１との下流側の接続部には、バイパスバルブ１６が設けられている。バイパスバルブ１６は、メイン吸気管１８の上流側とバイパス吸気管２１とを切り換える。そして、接続部より下流側のメイン吸気管１８にその上流側を連通させたときには、メイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。一方、バイパス吸気管２１をメイン吸気管１８の下流側に連通させたときには、バイパス吸気管２１を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【００２７】
バイパスバルブ１６は、バルブアクチュエータ２２によって作動する。バルブアクチュエータ２２は、コントローラ１５から供給される駆動電流によって作動する。
【００２８】
ガスエンジン１１には、電磁クラッチ１４を介してオルタネータ１３が連結されている。電磁クラッチ１４は、コントローラ１５から供給される励磁電流によって作動し、ガスエンジン１１の動力をオルタネータ１３に伝達又は遮断する。オルタネータ１３は、電磁クラッチ１４を介して伝達されるガスエンジン１１の動力によって駆動され、発電した電力を電気式過給機１２に供給する。
【００２９】
電気式過給機１２は、オルタネータ１３から供給される電力によって運転され、バイパス吸気管２１を通じて燃焼用空気をガスエンジン１１に過給する。
次に、本実施形態の電気的構成について説明する。
【００３０】
ガスエンジン１１には、そのエンジン回転数を検出する回転数センサ２３が設けられている。また、スロットルバルブ１９には、そのスロットル開度を検出する開度センサ２４が設けられている。
【００３１】
コントローラ１５は、回転数センサ２３から入力する検出信号に基づいてエンジン回転数を取得し、又、開度センサ２４から入力する検出信号に基づいてスロットル開度を取得する。
【００３２】
コントローラ１５は、エンジン回転数及びスロットル開度に基づき、電磁クラッチ１４及びバイパスバルブ１６を作動制御する吸気切換制御を行う。
なお、コントローラ１５は、ガスエンジン１１の要求回転数をメインコントローラから取得し、吸気切換制御で用いる。
【００３３】
本実施形態では、電気式過給機１２及びバイパス吸気管２１が過給手段を構成し、コントローラ１５が運転状態検出手段、出力状態判定手段及び判定手段である。また、バイパスバルブ１６及びバルブアクチュエータ２２が通路切換手段を構成し、オルタネータ１３及び電磁クラッチ１４が運転手段を構成し、また、コントローラ１５が吸気制御手段である。そして、通路切換手段、運転手段及び吸気制御手段が過給制御手段を構成する。
【００３４】
吸気切換制御では、ガスエンジン１１が、スロットル開度が全開であって、かつ、ガスエンジン１１の出力トルクの不足により、エンジン回転数が要求回転数に達しない出力低下状態であるか否かを、その運転状態に基づいて判定する。
【００３５】
本実施形態では、スロットル開度が全開であって、かつ、エンジン回転数が要求回転数に達していないときに、出力低下状態であると判定する。すなわち、開度センサ２４が検出するスロットル開度と、回転数センサ２３が検出するエンジン回転数とが運転状態に関わる値であって、スロットル開度が全開であってエンジン回転数が要求回転数に達しない運転状態であるか否かが判定基準である。
【００３６】
そして、ガスエンジン１１が出力低下状態でないときには電気式過給機１２による過給を行わないとともにメイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。反対に、出力低下状態のときには、電気式過給機１２による過給を行うとともにバイパス吸気管２１を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【００３７】
次に、吸気切換制御の制御内容を、図２に示すフローチャートに従って説明する。
先ず、ステップ（以下、Ｓと略記する。）１００で、回転数センサ２３が検出するエンジン回転数が、メインコントローラが設定する要求回転数に一致するか否かを判定する。この要求回転数は、ガスヒートポンプに対する設定温度と、実際の室温との温度差等などに応じ、メインコントローラによって設定される。
【００３８】
Ｓ１００でエンジン回転数が要求回転数に一致しなかったときには、次にＳ１０１で、そのエンジン回転数がその要求回転数よりも低いか否かを判定する。
Ｓ１０１でエンジン回転数が要求回転数以上であったときには、次にＳ１０２で、開度センサ２４が検出するスロットル開度に基づき、スロットル開度を所定量だけ閉じ側に調節するための指令信号をメインコントローラに出力する。そして、メインコントローラを介してスロットルアクチュエータ２０を作動させ、スロットル開度を所定量だけ閉じ側に調節した後、Ｓ１００に戻る。
【００３９】
一方、Ｓ１０１でエンジン回転数が要求回転数よりも低かったときには、次にＳ１０３で、そのときのスロットル開度が全開であるか否かを判定する。
Ｓ１０３でスロットル開度が全開でなかったときには、次にＳ１０４でスロットル開度を開き側に調節するための指令信号をメインコントローラに出力する。そして、メインコントローラを介してスロットルアクチュエータ２０を作動させ、スロットル開度を所定量だけ開き側に調節した後、Ｓ１００に戻る。
【００４０】
従って、Ｓ１００〜Ｓ１０４の処理により、ガスエンジン１１の経時劣化に伴い、スロットル開度に対して得られる出力トルクが低下していても、エンジン回転数及び要求回転数に基づいてスロットル開度がより開き側に調節され、要求回転数に応じたエンジン回転数が確保される。
【００４１】
一方、Ｓ１０３でスロットル開度が全開であったときには、次にＳ１０５で、バルブアクチュエータ２２を作動させてバイパスバルブ１６を作動させ、メイン吸気管１８に対してバイパス吸気管２１を連通させる。そして、バイパス吸気管２１を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【００４２】
Ｓ１０５の次にＳ１０６で、電磁クラッチ１４を作動させてオルタネータ１３をガスエンジン１１に駆動連結させ、ガスエンジン１１の動力によってオルタネータ１３を駆動させる。そして、オルタネータ１３が発電する駆動電流によって電気式過給機１２を作動させ、電気式過給機１２からバイパス吸気管２１を通じてガスエンジン１１に過給する。
【００４３】
従って、Ｓ１０３，Ｓ１０５，Ｓ１０６の処理により、ガスエンジン１１の経時劣化が進行し、スロットル開度が全開のときの出力トルクが不足し、エンジン回転数が要求回転数に達しなくなると、電気式過給機１２が運転開始され、ガスエンジン１１が過給される。その結果、必要な要求トルクが確保され、要求回転数までガスエンジン１１の回転数が上昇する。
【００４４】
次に、Ｓ１０７で、エンジン回転数が要求回転数に一致しているか否かを判定する。そして、エンジン回転数が要求回転数に一致していたときには、スロットル開度を全開に維持する。
【００４５】
一方、Ｓ１０７で、エンジン回転数が要求回転数に一致していなかったときには、次にＳ１０８で、エンジン回転数が要求回転数未満であるか否かを判定する。
【００４６】
Ｓ１０８でエンジン回転数が要求回転数以上であったときには、次にＳ１０９で、メインコントローラを介してスロットル開度をより全閉側に調節し、エンジン回転数を低下させる。
【００４７】
一方、Ｓ１０８でエンジン回転数が要求回転数未満であったときには、次にＳ１１０でメインコントローラを介してスロットル開度を全開側に調節し、エンジン回転数を上昇させる。
【００４８】
従って、Ｓ１０７〜Ｓ１１０の処理により、ガスエンジン１１が過給されている状態において、エンジン回転数と要求回転数とに基づいてスロットル開度が調節され、エンジン回転数が要求回転数に維持される。
【００４９】
以上詳述した本実施形態の効果を列記する。
（１） ガスエンジン１１が経時劣化し、スロットル全開のときの出力トルクが不足し、エンジン回転数が要求回転数に達しない出力低下状態となると電気式過給機１２が運転開始され、ガスエンジン１１が過給される。その結果、要求トルクに応じた出力トルクが確保され、エンジン回転数が要求回転数に制御される。このため、コンプレッサー１７より要求されるトルクの最大値に対し、従来より排気量が小さいガスエンジン１１を用いることができ、スロットル開度をより全開側にして運転することができるため、運転中のポンピングロスが小さくなる。
【００５０】
その結果、熱効率がより高い状態でガスエンジン１１を運転することができ、その燃費を向上することができる。従って、ガスヒートポンプのランニングコストを低減することができる。
【００５１】
（２） コントローラ１５が、エンジン回転数及びスロットル開度からガスエンジン１１の運転状態を把握し、出力低下状態であるか否かを判定する。従って、エンジン制御に必要な基本的な検出量を用いるので、新たに検出する必要がある検出量が不要であり、そのための新たなセンサを必要としない。
【００５２】
（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態を図３，図４を用いて説明する。本実施形態は、前記第１実施形態における電気式過給機１２、オルタネータ１３、電磁クラッチ１４及びバイパス吸気管２１を、スーパーチャージャ３０、電磁クラッチ３１及びバイパス吸気管３２に変更したことと、吸気切換制御の一部を変更したことのみが第１実施形態と異なる。従って、第１実施形態と同じ構成については、符号を同じにしてその説明を省略し、スーパーチャージャ３０、電磁クラッチ３１及びバイパス吸気管３２と、吸気切換制御の変更部分のみについて詳述する。
【００５３】
スーパーチャージャ（過給機）３０は、電磁クラッチ３１を介してガスエンジン１１の出力軸に連結されている。電磁クラッチ３１は、コントローラ１５から供給される励磁電流によって作動し、ガスエンジン１１の動力をスーパーチャージャ３０に伝達又は遮断する。
【００５４】
スーパーチャージャ３０は、電磁クラッチ３１を介して伝達されるガスエンジン１１の動力によって駆動される。スーパーチャージャ３０の供給口は、バイパス吸気管（副吸気通路）３２を介してメイン吸気管１８に対し、スロットルバルブ１９よりも上流側で接続されている。スーパーチャージャ３０は、ガスエンジン１１から供給される動力によって運転され、バイパス吸気管３２を通じてガスエンジン１１に燃焼用空気を過給する。
【００５５】
メイン吸気管１８とバイパス吸気管３２との接続部には、バイパスバルブ１６が設けられている。バイパスバルブ１６は、メイン吸気管１８の上流側とバイパス吸気管３２とを切り換える。そして、接続部よりも上流側のメイン吸気管１８をその下流側に連通させたときには、メイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。一方、バイパス吸気管３２をメイン吸気管１８の下流側に連通させたときには、バイパス吸気管３２を通る空気のみがガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。
【００５６】
本実施形態では、スーパーチャージャ３０及びバイパス吸気管３２が過給手段を構成し、コントローラ１５が運転状態検出手段、出力状態判定手段及び判定手段である。また、バイパスバルブ１６及びバルブアクチュエータ２２が通路切換手段を構成し、電磁クラッチ３１が運転手段であり、また、コントローラ１５が吸気制御手段である。そして、通路切換手段、運転手段及び吸気制御手段が過給制御手段を構成する。
【００５７】
本実施形態のコントローラ１５は、エンジン回転数及びスロットル開度に基づき、電磁クラッチ３１及びバイパスバルブ１６を作動制御する吸気切換制御を行う。
【００５８】
本実施形態の吸気切換制御においても、前記第１実施形態と同様に、スロットル開度が全開であって、かつ、エンジン回転数が要求回転数に達しない運転状態が発生したか否かを判定し、このような運転状態が発生したときにはガスエンジン１１が出力低下状態であると判定する。すなわち、スロットル開度及びエンジン回転数が運転状態に関わる値であって、エンジン回転数が要求回転数に達していない状態においてスロットル開度が全開であるか否かが判定基準である。
【００５９】
そして、ガスエンジン１１が出力低下状態でないときにはスーパーチャージャ３０による過給を行わないとともにメイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。反対に、出力低下状態のときには、スーパーチャージャ３０による過給を行うとともにバイパス吸気管３２を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【００６０】
本実施形態の吸気切換制御は、図４に示すように、前記第１実施形態の吸気切換制御におけるＳ１０６の処理内容が異なるだけである。
本実施形態のＳ１０６では、電磁クラッチ３１を作動させてガスエンジン１１の動力によってスーパーチャージャ３０を駆動させる。そして、スーパーチャージャ３０からバイパス吸気管３２を通じてガスエンジン１１に過給する。
【００６１】
以上詳述した本実施形態も、前記第１実施形態の（１），（２）に記載した各効果を有する。
（第３実施形態）
次に、本発明を具体化した第３実施形態を図５、図６を用いて説明する。本実施形態は、前記第１実施形態における電気式過給機１２、オルタネータ１３、電磁クラッチ１４及びバイパス吸気管２１に代えて、ターボチャージャ４０、メイン排気管４１、バイパス吸気管４２、バイパス排気管４３、排気側バイパスバルブ４４及びバルブアクチュエータ４５を設けたことが異なる。また、吸気切換制御の一部を変更したことが第１実施形態と異なる。従って、第１実施形態と同じ構成については、符号を同じにしてその説明を省略し、ターボチャージャ４０、バイパス吸気管４２、メイン排気管４１、バイパス排気管４３、排気側バイパスバルブ４４及びバルブアクチュエータ４５と、吸気切換制御の変更部分のみについて詳述する。
【００６２】
ターボチャージャ（過給機）４０は固定容量型であって、ガスエンジン１１の排気口に接続されたメイン排気管４１が接続され、このメイン排気管４１を通じて供給される排気ガスによって駆動される。また、ターボチャージャ４０は、その供給口がバイパス吸気管（副吸気通路）４２を介してメイン吸気管１８に対しスロットルバルブ１９よりも上流側で接続されている。ターボチャージャ４０は、バイパス吸気管４２を通じてガスエンジンに燃焼用空気を過給可能である。
【００６３】
メイン排気管４１には、ターボチャージャ４０を迂回するバイパス排気管４３が接続されている。バイパス排気管４３は、ガスエンジン１１から排出される排気ガスをターボチャージャ４０に供給することなく外部に直接排出する。
【００６４】
メイン排気管４１とバイパス排気管４３との両接続部の内、ターボチャージャ４０より上流側の接続部には排気側バイパスバルブ４４が設けられている。排気側バイパスバルブ４４は、メイン排気管４１に対しバイパス排気管４３を連通又は遮断する。そして、メイン排気管４１に対してバイパス排気管４３を連通させないときは、メイン排気管４１を通じてのみ排気ガスが排出されるようにする。また、メイン排気管４１に対してバイパス排気管４３を連通させたときには、バイパス排気管４３を通じてのみ排気ガスが排出されるようにする。
【００６５】
排気側バイパスバルブ４４は、バルブアクチュエータ４５によって作動する。バルブアクチュエータ４５は、コントローラ１５から供給される駆動電流によって作動する。
【００６６】
メイン吸気管１８とバイパス吸気管４２との接続部には、バイパスバルブ１６が設けられている。バイパスバルブ１６は、メイン吸気管１８の上流側とバイパス吸気管４２とを切り換える。そして、接続部よりも上流側のメイン吸気管１８をその下流側に連通させたときには、メイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。一方、バイパス吸気管４２をメイン吸気管１８の下流側に連通させたときには、バイパス吸気管４２を通る空気のみがガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。
【００６７】
本実施形態では、ターボチャージャ４０及びバイパス吸気管４２が過給手段を構成し、コントローラ１５が運転状態検出手段、出力状態判定手段及び判定手段である。また、バイパスバルブ１６及びバルブアクチュエータ２２が通路切換手段を構成し、メイン排気管４１、バイパス排気管４３、排気側バイパスバルブ４４及びバルブアクチュエータ４５が運転手段を構成し、また、コントローラ１５が吸気制御手段である。そして、通路切換手段、運転手段及び吸気制御手段が過給制御手段を構成する。
【００６８】
本実施形態のコントローラ１５は、エンジン回転数及びスロットル開度に基づき、バイパスバルブ１６及び排気側バイパスバルブ４４を作動制御する吸気切換制御を行う。
【００６９】
本実施形態の吸気切換制御においても、第１実施形態と同様に、スロットル開度が全開であって、かつ、エンジン回転数が要求回転数に達しない運転状態が発生したか否かを判定し、このような運転状態が発生したときにはガスエンジン１１が出力低下状態であると判定する。すなわち、スロットル開度及びエンジン回転数が運転状態に関わる値であって、エンジン回転数が要求回転数に達していない状態においてスロットル開度が全開であるか否かが判定基準である。
【００７０】
そして、ガスエンジン１１が出力低下状態でないときにはターボチャージャ４０による過給を行わないとともにメイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。反対に、出力低下状態のときには、ターボチャージャ４０による過給を行うとともにバイパス吸気管４２を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【００７１】
本実施形態の吸気切換制御は、図６に示すように、前記第１実施形態の吸気切換制御におけるＳ１０６の処理内容が異なるだけである。
本実施形態のＳ１０６では、バルブアクチュエータ４５を作動させて排気側バイパスバルブ４４を作動させ、ガスエンジン１１から排出される排気ガスをメイン排気管４１を通じてターボチャージャ４０に供給する。そして、この排気ガスによってターボチャージャ４０を駆動し、バイパス吸気管４２を通じてガスエンジン１１に過給する。
【００７２】
以上詳述した本実施形態も、前記第１実施形態の（１），（２）に記載した各効果を有する。
（第４実施形態）
次に、本発明を具体化した第４実施形態を図７及び図８を用いて説明する。本実施形態は、前記第３実施形態における回転数センサ２３及び開度センサ２４に代えて吸気量センサ５０を設けたことと、吸気切換制御の内容を変更したことのみが第３実施形態と異なる。従って、第３実施形態と同じ構成については、符号を同じにしてその説明を省略し、吸気量センサ５０と、吸気切換制御の変更部分のみについて詳述する。
【００７３】
吸気量センサ５０は、メイン吸気管１８の入り口に設けられ、エアクリーナを通してメイン吸気管１８に導入される燃焼用空気の吸気量を検出する。
コントローラ１５は、吸気量センサ５０から入力する検出信号に基づいて、燃焼用空気の吸気量を取得する。
【００７４】
本実施形態では、ターボチャージャ４０及びバイパス吸気管４２が過給手段を構成し、コントローラ１５が運転状態検出手段、出力状態判定手段及び判定手段である。また、バイパスバルブ１６及びバルブアクチュエータ２２が通路切換手段を構成し、メイン排気管４１、バイパス排気管４３、排気側バイパスバルブ４４及びバルブアクチュエータ４５が運転手段を構成し、また、コントローラ１５が吸気制御手段である。そして、通路切換手段、運転手段及び吸気制御手段が過給制御手段を構成する。
【００７５】
本実施形態のコントローラ１５は、吸気量に基づき、バイパスバルブ１６及び排気側バイパスバルブ４４を作動制御する吸気切換制御を行う。
吸気切換制御では、ガスエンジン１１が、スロットル開度が全開であって、かつ、その出力トルクの不足により、エンジン回転数が要求回転数に達しない出力低下状態であるか否かを、その運転状態に基づいて判定する。
【００７６】
本実施形態では、ガスエンジン１１の吸気量が経時的に減少するときに、出力低下状態であると判定する。すなわち、吸気量センサ５０が検出する吸気量が運転状態に関わる値であり、吸気量が経時的に減少するか否かが判定基準である。
【００７７】
そして、ガスエンジン１１が出力低下状態でないときにはターボチャージャ４０による過給を行わないとともにメイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。反対に、出力低下状態のときには、ターボチャージャ４０による過給を行うとともにバイパス吸気管４２を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【００７８】
なお、本実施形態の吸気切換制御では、前記第１、第２及び第３実施形態の吸気切換制御と異なり、ガスエンジン１１の経時劣化に伴うスロットル開度の調節を行わない。経時劣化に伴うスロットル開度の調節は、コントローラ１５が行う別の制御によって実行される。
【００７９】
次に、吸気切換制御の制御内容を、図８に示すフローチャートに従って説明する。
先ず、Ｓ２００、Ｓ２０１で、所定時間が経過する毎に、吸気量センサ５０が検出する燃焼用空気の吸気量を取得し、今回検出された吸気量が前回検出された吸気量に対して同量であるか又は増加しているか否かを判定する。
【００８０】
そして、今回の吸気量が前回の吸気量と同量であるか又は増加しているときには、このＳ２００，Ｓ２０１の処理を繰り返す。
このＳ２００，Ｓ２０１の処理において、今回の吸気量が前回の吸気量と同量であるか又は増加しているときには、コンプレッサー１７より要求されるトルクの最大値に応じた出力トルクをガスエンジン１１が過給なしで供給し、エンジン回転数が要求回転数に達している状態であると判断する。すなわち、吸気量が経時的に同量であるか又は増加するのは、ガスエンジン１１の経時劣化が進んでないか、又は、経時劣化の進行に伴って低下したエンジン回転数を要求回転数に維持するためにスロットル開度がより開き側に調節されるためである。この場合には、スロットル開度が全開となっていないと判断できるので、吸気量の監視を継続する。
【００８１】
一方、今回の吸気量が前回の吸気量よりも減少しているときには、スロットル開度が全開となったにも拘らず、コンプレッサー１７より要求されるトルクの最大値に出力トルクが達せず、エンジン回転数が要求回転数に達しなくなった状態である。この場合には、吸気量の監視を中止して、Ｓ２０２を実行する。
【００８２】
従って、Ｓ２００，Ｓ２０１の処理により、ガスエンジン１１の経時劣化が進行しても、スロットル開度が全開のときの出力トルクが、コンプレッサー１７より要求されるトルクの最大値に達し、エンジン回転数が要求回転数に達する状態においてはターボチャージャ４０が運転されることはない。
【００８３】
Ｓ２０２ではバルブアクチュエータ２２を作動させてバイパスバルブ１６を作動させ、ガスエンジン１１に対してバイパス吸気管４２を通る空気のみが供給される状態とする。
【００８４】
そして、次に、Ｓ２０３でバルブアクチュエータ４５を作動させて排気側バイパスバルブ４４を作動させ、ガスエンジン１１から排出される排気ガスをメイン排気管４１を通じてターボチャージャ４０に供給する。そして、この排気ガスによってターボチャージャ４０を駆動し、バイパス吸気管４２を通じてガスエンジン１１に過給する。
【００８５】
従って、Ｓ２０２，Ｓ２０３の処理により、ガスエンジン１１の経時劣化が進行し、スロットル開度が全開のときの出力トルクが不足し、エンジン回転数が要求回転数に達しなくなるとターボチャージャ４０が運転開始され、ガスエンジン１１が過給される。その結果、必要な要求トルクが確保され、エンジン回転数が要求回転数に達する。
【００８６】
以上詳述した本実施形態も、前記第１実施形態の（１），（２）に記載した各効果を有する。
（第５実施形態）
次に、本発明を具体化した第５実施形態を図９、図１０を用いて説明する。本実施形態は、前記第１実施形態における回転数センサ２３及び開度センサ２４に代えて吸気量センサ５０を設けたことと、前記第４実施形態における吸気切換制御の一部を変更して実行することのみが第１実施形態と異なる。従って、第１実施形態及び第４実施形態と同じ構成については、符号を同じにしてその説明を省略し、吸気切換制御の変更部分のみについて詳述する。
【００８７】
本実施形態では、電気式過給機１２及びバイパス吸気管２１が過給手段を構成し、コントローラ１５が運転状態検出手段、出力状態判定手段及び判定手段である。また、バイパスバルブ１６及びバルブアクチュエータ２２が通路切換手段を構成し、オルタネータ１３及び電磁クラッチ１４が運転手段を構成し、また、コントローラ１５が吸気制御手段である。そして、通路切換手段、運転手段及び吸気制御手段が過給制御手段を構成する。
【００８８】
本実施形態のコントローラ１５は、ガスエンジン１１の吸気量に基づき、バイパスバルブ１６及び電磁クラッチ３１を作動制御する吸気切換制御を行う。
本実施形態の吸気切換制御においても、前記第４実施形態と同様に、燃焼用空気の吸気量が経時的に減少する運転状態が発生したか否かを判定し、このような運転状態が発生したときにガスエンジン１１が出力低下状態であると判定する。すなわち、吸気量センサ５０が検出する吸気量が運転状態に関わる値であって、吸気量が経時的に減少するか否かが判定基準である。
【００８９】
そして、ガスエンジン１１が出力低下状態でないときには電気式過給機１２による過給を行わないとともにメイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。反対に、出力低下状態のときには、電気式過給機１２による過給を行わせるとともにバイパス吸気管２１を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【００９０】
本実施形態の吸気切換制御は、図１０に示すように、前記第４実施形態の吸気切換制御におけるＳ２０３の処理内容が異なるだけである。
本実施形態のＳ２０３では、電磁クラッチ１４を作動させてガスエンジン１１の動力によってオルタネータ１３を駆動し、オルタネータ１３が供給する駆動電流によって電気式過給機１２を作動させる。そして、電気式過給機１２からバイパス吸気管２１を通じてガスエンジン１１に過給する。
【００９１】
以上詳述した本実施形態も、前記第１実施形態の（１），（２）に記載した各効果を有する。
（第６実施形態）
次に、本発明を具体化した第６実施形態を図１１及び図１２を用いて説明する。本実施形態は、前記第２実施形態における回転数センサ２３及び開度センサ２４に代えて吸気量センサ５０を設けたことと、前記第４実施形態における吸気切換制御の一部を変更して実行することのみが第２実施形態と異なる。従って、第２実施形態及び第４実施形態と同じ構成については、符号を同じにしてその説明を省略し、吸気切換制御の変更部分のみについて詳述する。
【００９２】
本実施形態では、スーパーチャージャ３０及びバイパス吸気管３２が過給手段を構成し、コントローラ１５が運転状態検出手段、出力状態判定手段及び判定手段である。また、バイパスバルブ１６及びバルブアクチュエータ２２が通路切換手段を構成し、電磁クラッチ３１が運転手段であり、また、コントローラ１５が吸気制御手段である。そして、通路切換手段、運転手段及び吸気制御手段が過給制御手段を構成する。
【００９３】
本実施形態のコントローラ１５は、ガスエンジン１１の吸気量に基づき、バイパスバルブ１６及び電磁クラッチ３１を作動制御する吸気切換制御を行う。
本実施形態の吸気切換制御においても、前記第４実施形態と同様に、燃焼用空気の吸気量が経時的に減少する運転状態が発生したか否かを判定し、この運転状態が発生したときにガスエンジン１１が出力低下状態であると判定する。すなわち、吸気量センサ５０が検出する吸気量が運転状態に関わる値であって、吸気量が経時的に減少するか否かが判定基準である。
【００９４】
そして、ガスエンジン１１が出力低下状態でないときにはスーパーチャージャ３０による過給を行わないとともにメイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。反対に、出力低下状態のときには、スーパーチャージャ３０による過給を行わないとともにバイパス吸気管３２を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【００９５】
本実施形態の吸気切換制御の制御内容は、図１２に示すように、前記第４実施形態の吸気切換制御におけるＳ２０３の処理内容が異なるだけである。
本実施形態のＳ２０３では、電磁クラッチ３１を作動させてガスエンジン１１の動力によってスーパーチャージャ３０を駆動させる。そして、スーパーチャージャ３０からバイパス吸気管３２を通じてガスエンジン１１に過給する。
【００９６】
以上詳述した本実施形態も、前記第１実施形態の（１），（２）に記載した各効果を有する。
（第７実施形態）
次に、本発明を具体化した第７実施形態を図１３及び図１４を用いて説明する。本実施形態は、前記第２実施形態における回転数センサ２３及び開度センサ２４に代えて振動センサ６０を設けたことと、吸気切換制御の内容を変更したことのみが第２実施形態と異なる。従って、第２実施形態と同じ構成については、符号を同じにしてその説明を省略し、振動センサ６０と、吸気切換制御の変更部分のみについて詳述する。
【００９７】
振動センサ６０は例えば歪みゲージからなり、図示しないエンジンマウントに設けられてガスエンジン１１の振動を検出する。
本実施形態では、スーパーチャージャ３０及びバイパス吸気管３２が過給手段を構成し、コントローラ１５が運転状態検出手段、出力状態判定手段及び判定手段である。また、バイパスバルブ１６及びバルブアクチュエータ２２が通路切換手段を構成し、電磁クラッチ３１が運転手段であり、また、コントローラ１５が吸気制御手段である。そして、通路切換手段、運転手段及び吸気制御手段が過給制御手段を構成する。
【００９８】
コントローラ１５は、振動センサ６０から入力する検出信号に基づいて、ガスエンジン１１に発生する振動を取得する。
本実施形態のコントローラ１５は、エンジン回転数及び振動に基づき、バイパスバルブ１６及び電磁クラッチ３１を作動制御する吸気切換制御を行う。
【００９９】
吸気切換制御では、ガスエンジン１１が、スロットル開度が全開であって、かつ、その出力トルクの不足により、エンジン回転数が要求回転数に達しない出力低下状態であるか否かを、その運転状態に基づいて判定する。
【０１００】
本実施形態では、ガスエンジン１１の振動の大きさが予め設定された基準値より大きくなったときに、出力低下状態であると判定する。すなわち、振動センサ６０が検出する振動の大きさが運転状態に関わる値であって、この検出値が基準値より大きいか否かが判定基準である。
【０１０１】
そして、ガスエンジン１１が出力低下状態でないときにはスーパーチャージャ３０による過給を行わないとともにメイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。反対に、出力低下状態のときには、スーパーチャージャ３０による過給を行うとともにバイパス吸気管３２を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【０１０２】
次に、吸気切換制御の制御内容を、図１４に示すフローチャートに従って説明する。
先ず、Ｓ３００で、回転数センサ２３が検出するエンジン回転数が要求回転数に一致するときの振動の大きさを検出し、この振動の大きさを基準値として保存する。この基準値は、過給されていないガスエンジン１１が要求トルクと同じ大きさの出力トルクを供給するときの振動の大きさである。
【０１０３】
次に、Ｓ３０１，Ｓ３０２で、所定時間が経過する毎に、その時点における振動の大きさを検出し、その振動の大きさが、基準値よりも大きいか否かを判定する。
【０１０４】
そして、検出した振動の大きさが基準値以下であるときには、このＳ３０１，Ｓ３０２の処理を繰り返す。
このＳ３０１，Ｓ３０２の処理において、新たに検出された振動の大きさが基準値以下であるときには、コンプレッサー１７より要求されるトルクの最大値に応じた出力トルクをガスエンジン１１が過給なしで供給し、エンジン回転数が要求回転数に達している状態であると判断する。すなわち、振動の大きさが基準値を超えないのは、ガスエンジン１１の経時劣化がそれほど進行しておらず、スロットル開度が全開となっていないためである。この場合には、振動の監視を継続する。
【０１０５】
一方、新たに検出した振動の大きさが基準値を超えるときには、スロットル開度が全開であるにも拘らず、コンプレッサー１７より要求されるトルクの最大値に出力トルクが達せず、不足する出力トルクでコンプレッサー１７を駆動しようとするガスエンジン１１の振動が大きくなったと判断できる。この場合には、振動の監視を終了して、Ｓ３０３を実行する。
【０１０６】
従って、Ｓ３００〜Ｓ３０１の処理により、ガスエンジン１１の経時劣化が進行しても、スロットル開度が全開のときの出力トルクが、コンプレッサー１７より要求されるトルクの最大値に達し、エンジン回転数が要求回転数に達する状態においてはスーパーチャージャ３０が運転されることはない。
【０１０７】
Ｓ３０３ではバルブアクチュエータ２２を作動させてバイパスバルブ１６を作動させ、ガスエンジン１１に対してバイパス吸気管３２を通る空気のみが供給される状態とする。
【０１０８】
次に、Ｓ３０４で電磁クラッチ３１を作動させてガスエンジン１１の動力によってスーパーチャージャ３０を駆動する。そして、スーパーチャージャ３０からバイパス吸気管３２を通じてガスエンジン１１に過給する。
【０１０９】
従って、Ｓ３０３，Ｓ３０４の処理により、ガスエンジン１１の経時劣化が進行し、スロットル開度が全開のときの出力トルクが不足し、エンジン回転数が要求回転数に達しなくなるとスーパーチャージャ３０が運転開始され、ガスエンジン１１が過給される。その結果、必要な要求トルクが確保され、エンジン回転数が要求回転数に達する。
【０１１０】
次に、Ｓ３０５，Ｓ３０６で、所定時間が経過する毎に、その時点における振動の大きさを計測し、その振動の大きさが、基準値よりも大きいか否かを判定する。
【０１１１】
そして、検出した振動の大きさが基準値以下であるときには、このＳ３０５，Ｓ３０６の処理を繰り返す。
このＳ３０５，Ｓ３０６の処理において、新たに検出された振動の大きさが基準値以下であるときには、エンジンシステム１０が正常に作動していると判定する。一方、振動の大きさが基準値を超えるときには、コンプレッサー１７内の循環不良や、冷媒回路内の切替弁の作動異常によって、コンプレッサー１７に異常に過大な負荷が加わった状態であると判定する。この場合、例えば、異常ランプ、異常ブザー等による報知や、ガスエンジン１１の運転停止を行うことができる。
【０１１２】
以上詳述した本実施形態は、前記第１実施形態の（１）に記載した効果の他、下記の効果を有する。
（３） ガスエンジン１１が出力低下状態となったか否かを、振動センサ６０が検出するガスエンジン１１の振動に基づいて判定するようにした。このため、振動センサ６０が検出する振動から、コンプレッサー１７の循環不良による負荷増大等による異常がエンジンシステム１０に発生したか否かを容易に判定することができる。
【０１１３】
（第８実施形態）
次に、本発明を具体化した第８実施形態を図１５及び図１６を用いて説明する。本実施形態は、前記第１実施形態における回転数センサ２３及び開度センサ２４に代えて振動センサ６０を設けたことと、前記第７実施形態における吸気切換制御の一部を変更して実行することのみが第１実施形態と異なる。従って、第２実施形態及び第７実施形態と同じ構成については、符号を同じにしてその説明を省略し、吸気切換制御の変更部分のみについて詳述する。
【０１１４】
本実施形態では、電気式過給機１２及びバイパス吸気管２１が過給手段を構成し、コントローラ１５が運転状態検出手段、出力状態判定手段及び判定手段である。また、バイパスバルブ１６及びバルブアクチュエータ２２が通路切換手段を構成し、オルタネータ１３及び電磁クラッチ１４が運転手段であり、また、コントローラ１５が吸気制御手段である。そして、通路切換手段、運転手段及び吸気制御手段が過給制御手段を構成する。
【０１１５】
本実施形態のコントローラ１５は、エンジン回転数及び振動の大きさに基づき、電磁クラッチ１４及びバイパスバルブ１６を作動制御する吸気切換制御を行う。
【０１１６】
本実施形態の吸気切換制御においても、前記第７実施形態と同様に、ガスエンジン１１の振動の大きさが基準値を超える運転状態が発生したか否かを判定し、このような運転状態が発生したときにガスエンジン１１が出力低下状態であると判定する。すなわち、振動センサ６０が検出する振動の大きさが運転状態に関わる値であって、この検出値が基準値より大きいか否かが判定基準である。
【０１１７】
そして、ガスエンジン１１が出力低下状態でないときには電気式過給機１２による過給を行わないとともにメイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。反対に、出力低下状態のときには、電気式過給機１２による過給を行うとともにバイパス吸気管２１を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【０１１８】
本実施形態の吸気切換制御は、図１６に示すように、前記第７実施形態の吸気切換制御におけるＳ３０４の処理内容が異なるだけである。
本実施形態のＳ３０４では、電磁クラッチ１４を作動させてガスエンジン１１の動力によってオルタネータ１３を駆動し、オルタネータ１３が供給する駆動電流によって電気式過給機１２を作動させる。そして、電気式過給機１２からバイパス吸気管３２を通じてガスエンジン１１に過給する。
【０１１９】
以上詳述した本実施形態は、前記第１実施形態の（１）、前記第７実施形態の（３）に記載した各効果を有する。
（第９実施形態）
次に、本発明を具体化した第９実施形態を図１７及び図１８を用いて説明する。本実施形態は、前記第３実施形態における回転数センサ２３及び開度センサ２４に代えて振動センサ６０を設けたことと、前記第７実施形態における吸気切換制御の一部を変更して実行することのみが第３実施形態と異なる。従って、第３実施形態及び第７実施形態と同じ構成については、符号を同じにしてその説明を省略し、吸気切換制御の変更部分のみについて詳述する。
【０１２０】
本実施形態では、ターボチャージャ４０及びバイパス吸気管４２が過給手段を構成し、コントローラ１５が運転状態検出手段、出力状態判定手段及び判定手段である。また、バイパスバルブ１６及びバルブアクチュエータ２２が通路切換手段を構成し、メイン排気管４１、バイパス排気管４３、排気側バイパスバルブ４４及びバルブアクチュエータ４５が運転手段を構成し、また、コントローラ１５が吸気制御手段である。そして、通路切換手段、運転手段及び吸気制御手段が過給制御手段を構成する。
【０１２１】
本実施形態のコントローラ１５は、エンジン回転数及び振動の大きさに基づき、バイパスバルブ１６及び排気側バイパスバルブ４４を作動制御する吸気切換制御を行う。
【０１２２】
本実施形態の吸気切換制御においても、前記第７実施形態と同様に、ガスエンジン１１の振動の大きさが所定の基準値を超える運転状態が発生したか否かを判定し、このような運転状態が発生したときにガスエンジン１１が出力低下状態であると判定する。すなわち、振動センサ６０が検出する振動の大きさが運転状態に関わる値であって、この検出値が基準値より大きいか否かが判定基準である。
【０１２３】
そして、ガスエンジン１１が出力低下状態でないときにはターボチャージャ４０による過給を行わないとともにメイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。反対に、出力低下状態のときには、ターボチャージャ４０による過給を行うとともにバイパス吸気管４２を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【０１２４】
本実施形態の吸気切換制御は、図１８に示すように、前記第７実施形態の吸気切換制御におけるＳ３０４の処理内容が異なるだけである。
本実施形態のＳ３０４ではバルブアクチュエータ４５を作動させて排気側バイパスバルブ４４を作動させ、ガスエンジン１１から排出される排気ガスをメイン排気管４１を通じてターボチャージャ４０に供給する。そして、この排気ガスによってターボチャージャ４０を駆動し、バイパス吸気管４２を通じてガスエンジン１１に過給する。
【０１２５】
以上詳述した本実施形態は、前記第１実施形態の（１）、前記第７実施形態の（３）に記載した各効果を有する。
（第１０実施形態）
次に、本発明を具体化した第１０実施形態を図１９及び図２０を用いて説明する。本実施形態は、前記第３実施形態における固定容量型のターボチャージャ４０を可変ノズルターボチャージャ７０に変更してバイパス排気管４３及び排気側バイパスバルブ４４を廃止したことと、吸気切換制御の一部を変更したことのみが第３実施形態と異なる。従って、可変ノズルターボチャージャ７０と、吸気切換制御の変更部分のみについて詳述する。
【０１２６】
過給機としての可変ノズルターボチャージャ（過給機。以下、可変ノズルターボという。）７０には、ガスエンジン１１の排気口に接続されたメイン排気管４１が接続され、メイン排気管４１を通じて供給される排気ガスによって駆動される。可変ノズルターボ７０は、その供給口がバイパス吸気管（副吸気通路）４２を介してメイン吸気管１８に対しスロットルバルブ１９よりも上流側で接続されている。可変ノズルターボ７０は、バイパス吸気管４２を通じてガスエンジン１１に過給可能である。
【０１２７】
本実施形態では、バイパス吸気管４２及び可変ノズルターボ７０が過給手段を構成し、コントローラ１５が運転状態検出手段、出力状態判定手段及び判定手段である。また、バイパスバルブ１６及びバルブアクチュエータ２２が通路切換手段を構成し、メイン排気管４１及びノズルアクチュエータ７１が運転手段を構成し、また、コントローラ１５が吸気制御手段である。そして、通路切換手段、運転手段及び吸気制御手段が過給制御手段を構成する。
【０１２８】
可変ノズルターボ７０は、その図示しないノズルベーンのノズル開度が、ノズルアクチュエータ７１によって調節されることでその過給能力が調節される。ノズルアクチュエータ７１は、コントローラ１５から供給される駆動電流によって作動する。
【０１２９】
本実施形態のコントローラ１５は、エンジン回転数及びスロットル開度に基づき、バイパスバルブ１６及びノズルアクチュエータ７１を制御する吸気切換制御を行う。
【０１３０】
本実施形態の吸気切換制御においても、前記第１実施形態と同様に、スロットル開度が全開であって、かつ、エンジン回転数が要求回転数に達しない運転状態が発生したか否かを判定し、このような運転状態が発生したときには出力低下状態であると判定する。すなわち、スロットル開度及びエンジン回転数が運転状態に関わる値であって、エンジン回転数が要求回転数に達していない状態においてスロットル開度が全開であるか否かが判定基準である。
【０１３１】
そして、ガスエンジン１１が出力低下状態でないときには可変ノズルターボ７０のノズル開度を全開にするとともにメイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。反対に、出力低下状態のときには、可変ノズルターボ７０のノズル開度を全閉側に切り換えるとともにバイパス吸気管４２を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【０１３２】
さらに、本実施形態の吸気切換制御では、ガスエンジン１１が出力低下状態となり、可変ノズルターボ７０のノズル開度が全閉側に調節されている状態において、エンジン回転数に基づいてノズルアクチュエータ７１を制御し、出力トルクを要求トルクに維持する。
【０１３３】
次に、吸気切換制御の制御内容を、図２０に示すフローチャートに従って説明する。
Ｓ４００〜Ｓ４０４は、第１実施形態の吸気切換制御におけるＳ１００〜Ｓ１０４とそれぞれ同じ処理である。
【０１３４】
従って、Ｓ４００〜Ｓ４０４の処理により、ガスエンジン１１の経時劣化に伴い、スロットル開度に対して得られる出力トルクが低下していても、エンジン回転数及び要求回転数に基づいてスロットル開度がより開き側に調節され、要求回転数に応じたエンジン回転数が確保される。
【０１３５】
Ｓ４０３でスロットル開度が全開であったときには、次に、Ｓ４０５でバルブアクチュエータ２２を作動させてバイパスバルブ１６を作動させ、メイン吸気管１８に対してバイパス吸気管４２を連通させる。そして、バイパス吸気管４２を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【０１３６】
次に、Ｓ４０６でノズルアクチュエータ７１を作動させ、ノズルベーンのノズル開度を、全開から全閉側の所定のノズル開度に切り換える。そして、ガスエンジン１１から排出される排気ガスによって可変ノズルターボ７０を駆動させ、バイパス吸気管４２を通じてガスエンジン１１に過給させる。
【０１３７】
従って、Ｓ４０３，Ｓ４０５，Ｓ４０６の処理により、ガスエンジン１１の経時劣化が進行し、スロットル開度が全開のときの出力トルクが不足し、エンジン回転数が要求回転数に達しなくなると、可変ノズルターボチャージャ７０のノズル開度が全開から全閉側に切り換えられ、ガスエンジン１１が過給される。その結果、必要な要求トルクが確保され、エンジン回転数が要求回転数に達する。
【０１３８】
次に、Ｓ４０７で、エンジン回転数が要求回転数に一致しているか否かを判定し、一致しているときには、そのときのノズル開度を維持する。
Ｓ４０７でエンジン回転数が要求回転数に一致していなかったときには、次にＳ４０８で、エンジン回転数が要求回転数よりも低いか否かを判定する。
【０１３９】
Ｓ４０８でエンジン回転数が要求回転数以上であったときには、次に、Ｓ４０９でノズル開度を所定量だけ全開側に調節する。そして、可変ノズルターボの過給圧を減少させ、エンジン回転数を下降させる。
【０１４０】
一方、Ｓ４０８でエンジン回転数が要求回転数未満であったときには、次に、Ｓ４１０で、ノズル開度を所定量だけ全閉側に調節する。そして、可変ノズルターボの過給圧を増大させ、エンジン回転数を上昇させる。
【０１４１】
従って、Ｓ４０７〜Ｓ４１０の処理により、ガスエンジン１１が過給されている状態において、エンジン回転数と要求回転数とに基づいて可変ノズルターボチャージャ７０のノズル開度が調節され、エンジン回転数が要求回転数に維持される。
【０１４２】
以上詳述した本実施形態は、前記第１実施形態の（１）に記載した効果の他、下記の効果を有する。
（４） ガスエンジン１１が出力低下状態となったときに過給能力を最大側に調節して過給を開始した後、エンジン回転数及び要求回転数に基づいてノズル開度を調節し、エンジン回転数を要求回転数に一致させるようにした。従って、エンジン回転数及び要求回転数に基づいてスロットル開度を調節することでエンジン回転数を要求回転数に一致させる場合に比較して、より早い時点でエンジン回転数を低下させることができるので、ガスエンジン１１の制御性が向上する。
【０１４３】
（その他の実施形態）
次に、上記第１〜第１０実施形態以外の実施形態を列記する。
○ 前記第１実施形態において、電気式過給機１２からガスエンジン１１に過給が行われている状態において、エンジン回転数と要求回転数とに基づいてコントローラ１５が電気式過給機１２に供給する駆動電流を制御し、エンジン回転数が要求回転数に一致するようにその過給能力を制御する構成とする。
【０１４４】
○ 前記第４、第５、第６、第７、第８及び第９実施形態で、ガスエンジン１１に過給が行われている状態において、エンジン回転数と要求回転数とに基づいてコントローラ１５がスロットル開度を調節し、エンジン回転数を要求回転数に一致させる構成とする。
【０１４５】
○ 前記第１〜第３及び第１０実施形態で、エンジン回転数が要求回転数に達しなくなった状態においてスロットル開度が全開に近い所定の開度となったときに、過給機を運転開始する構成とする。この所定のスロットル開度は、例えば、コンプレッサー１７より要求されるトルクの最大値と同じ出力トルクを発生するときのスロットル開度と、同じく要求トルクの最小値と同じ出力トルクを発生するときのスロットル開度との差分値だけ、全開値より閉じ側のスロットル開度とする。この場合には、ガスエンジン１１が出力低下状態となったときに、コンプレッサー１７の要求トルクがその最小値であってスロットル開度が全開となっていなくても、過給が開始される。このため、この状態から要求トルクが最小値から急上昇したときにも出力トルクが不足しないようにし、エンジン回転数を要求回転数により確実に維持することができる。
【０１４６】
○ 前記第３、第４及び第９実施形態で、バイパス排気管４３に代えて、ターボチャージャ４０のハウジングに設けられたウェイストゲートを用い、排気側バイパスバルブ４４に代えてウェイストゲートバルブを用いる構成とする。この場合にも、それぞれの効果がある。
【０１４７】
○ 前記第４、第５及び第６実施形態で、吸気量センサ５０は、エアフローメータ、吸気管圧力を圧力センサで検出する方式、カルマン渦センサ、ホットワイヤセンサ、ホットフィルムセンサ等のいずれでもよい。
【０１４８】
○ 前記第２、第６及び第７実施形態で、スーパーチャージャ３０の形式は、ルーツブロワタイプ、リショルムコンプレッサータイプ、スパイラルコンプレッサータイプ、プレッシャウェイブタイプ等のいずれであってもよい。
【０１４９】
○ 前記第１０実施形態で、可変ノズルターボチャージャ７０に代えて、例えばタービンケーシングの容量を変化させるタイプの可変容量型ターボチャージャを用いた構成とする。
【０１５０】
（その他の技術的思想）
以下、前記各実施形態から把握される技術的思想を列記する。
（１） 前記過給機は電気式過給機（１２）であって、前記運転手段は、電気式過給機に駆動電流を供給可能な発電手段（オルタネータ１３）と、前記ガスエンジンの動力を発電手段に対し伝達又は遮断する伝達手段（電磁クラッチ１４）とからなることを特徴とするガスヒートポンプ用エンジンシステム。
【０１５１】
（２） 前記過給機はスーパーチャージャ（３０）であって、前記運転手段は、前記ガスエンジンの動力を前記スーパーチャージャに伝達又は遮断する伝達手段（電磁クラッチ３１）であることを特徴とするガスヒートポンプ用エンジンシステム。
【０１５２】
（３） 前記過給機はターボチャージャ（４０）であって、前記運転手段は、前記ガスエンジンが排出する排気ガスを前記ターボチャージャに供給した後に排出する主排気通路（メイン排気管４１）と、該主排気通路に接続され、ターボチャージャを迂回して排気ガスを排出する副排気通路（バイパス排気管４３）と、主排気通路に対し副排気通路を連通又は遮断することでターボチャージャに対し排気ガスを供給又は供給停止する排気通路切換手段（排気側バイパスバルブ４４、バルブアクチュエータ４５）とからなることを特徴とするガスヒートポンプ用エンジンシステム。
【０１５３】
（４） 前記過給手段がガスエンジンに過給している状態において、前記出力トルクが前記要求トルクとなるように前記スロットル開度を調節するスロットル開度制御手段（コントローラ１５、スロットルアクチュエータ２０、回転数センサ２３）を備えていることを特徴とするガスヒートポンプ用エンジンシステム。
【０１５４】
（５） 前記過給機は、前記ガスエンジンに対する過給能力を調節可能な可変容量型ターボチャージャ（７０）であって、該可変用容量型ターボチャージャの過給能力を調節するアクチュエータ（ノズルアクチュエータ７１）を備え、前記吸気制御手段は、前記運転状態に基づいて前記アクチュエータを制御し、前記ガスエンジンが前記出力低下状態でないときには前記過給能力をほぼ最小に調節し、また、前記出力低下状態のときには過給能力を最大側に調節することを特徴とするガスヒートポンプ用エンジンシステム。
【０１５５】
（６） 上記技術的思想（５）に記載の発明において、前記過給能力が最大側に調節されている状態において、前記出力トルクが前記要求トルクとなるように過給能力を調節する過給力制御手段（コントローラ１５、ノズルアクチュエータ７１）を備えていることを特徴とするガスヒートポンプ用エンジンシステム。
【０１５６】
【発明の効果】
請求項１〜請求項５に記載の発明によれば、コンプレッサーより要求されるトルクの最大値に対し、従来より排気量が小さいガスエンジンを用い、スロットル開度をより全開側にして運転することができるため、運転中のポンピングロスがより小さくなる。従って、熱効率がより高い状態でガスエンジンを運転することができ、その燃費を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態のガスヒートポンプ用エンジンシステムを示す模式図。
【図２】 吸気切換制御を示すフローチャート。
【図３】 第２実施形態のエンジンシステムを示す模式図。
【図４】 吸気切換制御のステップを示す図。
【図５】 第３実施形態のエンジンシステム示す模式図。
【図６】 吸気切換制御のステップを示す図。
【図７】 第４実施形態のエンジンシステムを示す模式図。
【図８】 吸気切換制御を示すフローチャート。
【図９】 第５実施形態のエンジンシステムを示す模式図。
【図１０】 吸気切換制御のステップを示す図。
【図１１】 第６実施形態のエンジンシステムを示す模式図。
【図１２】 吸気切換制御のステップを示す図。
【図１３】 第７実施形態のエンジンシステムを示す模式図。
【図１４】 吸気切換制御を示すフローチャート。
【図１５】 第８実施形態のエンジンシステムを示す模式図。
【図１６】 吸気切換制御のステップを示す図。
【図１７】 第９実施形態のエンジンシステムを示す模式図。
【図１８】 吸気切換制御のステップを示す図。
【図１９】 第１０実施形態のエンジンシステムを示す模式図。
【図２０】 吸気切換制御を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０…エンジンシステム、１１…ガスエンジン、１２…過給手段を構成する過給機としての電気式過給機、１３…過給制御手段、運転手段を構成するオルタネータ、１４…同じく電磁クラッチ、１５…判定手段、運転状態検出手段、出力状態判定手段及び吸気制御手段としてのコントローラ、１６…過給制御手段、通路切換手段を構成するバイパスバルブ、１７…コンプレッサー、１８…吸気通路としてのメイン吸気管、１９…スロットルバルブ、２１…過給手段を構成する副吸気通路としてのバイパス吸気管、２２…過給制御手段、通路切換手段を構成するバルブアクチュエータ、２３…回転数センサ、２４…開度センサ、３０…過給手段を構成する過給機としてのスーパーチャージャ、３１…過給制御手段を構成する運転手段としての電磁クラッチ、３２…過給手段を構成する副吸気通路としてのバイパス吸気管、４０…過給手段を構成する過給機としてのターボチャージャ、４１…過給制御手段、運転手段を構成するメイン排気管、４２…過給手段を構成する副吸気通路としてのバイパス吸気管、４３…過給制御手段、運転手段を構成するバイパス排気管、４４…同じく排気側バイパスバルブ、４５…同じくバルブアクチュエータ、５０…吸気量センサ、６０…振動センサ、７０…過給手段を構成する過給機としての可変容量型ターボチャージャ、７１…過給制御手段を構成する運転手段としてのノズルアクチュエータ。

Claims (5)

1. コンプレッサーをガスエンジンにより駆動し、吸気通路内に配置されるスロットルバルブにて前記ガスエンジンのエンジン回転数を制御するガスヒートポンプ用エンジンシステムにおいて、
   前記ガスエンジンに対して燃焼用空気を過給可能な過給手段と、
   前記スロットルバルブのスロットル開度がほぼ全開であり、かつ、前記エンジン回転数が、要求回転数に達しない出力低下状態であるか否かを、その運転状態に基づいて判定する判定手段と、
   前記ガスエンジンが前記出力低下状態であると判定されたときには、過給を行う過給制御手段とを備え、
   前記過給手段は、
   前記吸気通路に対して前記スロットルバルブよりも上流側で接続された副吸気通路と、
   前記副吸気通路を通じてガスエンジンに燃焼用空気を過給可能な過給機とからなり、
   前記過給制御手段は、
   前記副吸気通路と前記吸気通路との接続部にて、前記吸気通路の上流側と前記副吸気通路とを切り換える通路切換手段と、
   前記過給機を運転又は停止する運転手段と、
   前記判定手段の判定結果に基づいて前記通路切換手段及び運転手段を制御し、前記出力低下状態と判定されたときには、前記接続部より下流側の吸気通路と前記副吸気通路を連通させるとともに、前記過給機を運転するように前記運転手段を制御する吸気制御手段とからなることを特徴とするガスヒートポンプ用エンジンシステム。
2. 前記判定手段は、
   前記ガスエンジン各部に配置されたセンサにより運転状態に関わる値を検出する運転状態検出手段と、
   前記運転状態検出手段の検出値と予め設定された判定基準とに基づき、前記出力低下状態であるか否かを判定する出力状態判定手段と
   からなることを特徴とする請求項１に記載のガスヒートポンプ用エンジンシステム。
3. 前記運転状態検出手段は、前記スロットル開度と前記エンジン回転数を検出することを特徴とする請求項２に記載のガスヒートポンプ用エンジンシステム。
4. 前記運転状態検出手段は、前記ガスエンジンの吸気量を検出することを特徴とする請求項２に記載のガスヒートポンプ用エンジンシステム。
5. 前記運転状態検出手段は、前記ガスエンジンの振動を検出することを特徴とする請求項２に記載のガスヒートポンプ用エンジンシステム。

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