JPH1122551A

JPH1122551A - エンジン駆動式熱ポンプ装置

Info

Publication number: JPH1122551A
Application number: JP9176039A
Authority: JP
Inventors: Kensuke Murakami; 研介村上; Toru Nakazono; 徹中園
Original assignee: Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1997-07-01
Filing date: 1997-07-01
Publication date: 1999-01-26

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のエンジン駆動式熱ポンプ装置では、低
温暖房時の暖房能力を高めるためにエンジン回転数を上
げていたので、エンジンの騒音が増大し、エンジンの耐
久性も低下していた。また、冷媒の高圧側圧力に応じて
エンジン廃熱量を制御していたので、無駄にエンジン熱
効率を低下させる危険性があった。【解決手段】エンジン駆動される圧縮機Ｃによって冷
媒を循環させる冷媒回路１と、エンジンＥを冷却する冷
却水を循環させる冷却水回路２とを有し、前記冷媒回路
１には膨張弁２７・２８、室内熱交換器２５、及び室外
熱交換器２４を設け、前記冷却水回路２には排気ガス熱
交換器Ｓを設けて成るエンジン駆動式熱ポンプ装置にお
いて、低温暖房時に、冷却水温度に応じてエンジン廃熱
量を制御する制御手段を設け、該手段として、エンジン
の点火時期、バルブタイミング、及び燃料制御弁開度の
内、少なくとも一つを制御した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、暖房運転時に冷媒
の蒸発熱量をエンジンの廃熱によって賄うエンジン駆動
式熱ポンプ装置の技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、室外機内にエンジン駆動式の
コンプレッサーを備えて、圧縮冷媒を室外機と室内機と
の間で循環させて室内空調を行い、運転時の冷媒の蒸発
熱量をエンジンの廃熱によって賄うエンジン駆動式熱ポ
ンプ装置は、知られている。このようなエンジン駆動式
熱ポンプ装置において、室外温度が低い場合には、蒸発
器として機能する室外機内にて、外気からの熱を十分に
得ることが出来ないので、暖房能力が低下してしまう。
また、室内温度が低い場合には、暖房能力をより高める
必要がある。

【０００３】そこで、室外温度、又は室内温度が低い低
温暖房時には、エンジンの廃熱量を大きくして暖房能力
をより高める方法が考えられ、例えば、エンジン回転数
を上げてエンジン廃熱量を増加していた。また、低温暖
房時に、冷媒の高圧側圧力に応じてエンジン廃熱量を制
御していた。例えば、特開平８−４９９４２号公報に記
載の如くである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、低温暖房時の
暖房能力を高めるためにエンジン回転数を上げると、エ
ンジンによる騒音が増大し、エンジンの耐久制も低下し
てしまう。また、冷媒の高圧側圧力に応じてエンジン廃
熱量を制御していたのでは、冷却水温度が十分高くて、
エンジン廃熱を必要としない場合の判断基準がなく、無
駄にエンジン熱効率を低下させる危険性がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の解決しようとす
る課題は以上の如くであり、次に該課題を解決するため
の手段を説明する。即ち、エンジン駆動される圧縮機に
よって冷媒を循環させる冷媒回路と、エンジンを冷却す
る冷却水を循環させる冷却水回路とを有し、前記冷媒回
路には膨張弁、室内熱交換器、及び室外熱交換器を設
け、前記冷却水回路には排気ガス熱交換器を設けて成る
エンジン駆動式熱ポンプ装置において、低温暖房時に、
冷却水温度に応じてエンジン廃熱量を制御する制御手段
を設けたことである。

【０００６】また、前記制御手段は、エンジンの点火時
期、バルブタイミング、及び燃料制御弁開度の内、少な
くとも一つを制御したことである。

【０００７】また、請求項１記載のエンジン駆動式熱ポ
ンプ装置にエンジン回転数を検知する手段と、該回転数
の変動により失火を判断する手段とを設け、燃料制御弁
開度を失火限界空燃比よりに制御して運転したことであ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明のエンジン駆動式熱ポンプ装置の全
体構成を示す図、図２は同じくエンジン駆動式熱ポンプ
装置の制御系の構成を示すブロック図、図３はエンジン
廃熱量制御のフローチャートを示す図、図４は点火タイ
ミングと排気温度との関係を示す図、図５はクランク角
度とバルブリフト量との関係を示す図、図６はバルブタ
イミングと排気温度との関係を示す図、図７は空燃比と
排気温度との関係を示す図である。

【０００９】まず、本発明のエンジン駆動式熱ポンプ装
置の全体構成について、図１により説明する。空調用の
エンジン駆動式熱ポンプ装置は、エンジンＥの駆動力に
よりコンプレッサーＣを回転させて、暖房時において
は、エンジンＥを冷却する冷却水回路２の冷却水の余剰
熱を、排気ガス熱交換器であるエンジン廃熱回収用熱交
換器Ｓにより冷媒回路１の冷媒に与えて、暖房用熱源と
して利用するものである。

【００１０】本エンジン駆動式熱ポンプ装置における暖
房時の冷媒回路１の冷媒の流れを説明する。エンジンＥ
によりコンプレッサーＣを駆動し、冷媒を高温高圧加熱
蒸気の状態として、オイルセパレータＲにより、潤滑の
ために冷媒内に混合している油分を分離する。油分を分
離した後の高温高圧加熱蒸気を、暖房方向に切換えられ
た四方弁２０により室内熱交換器を有した室内機２５へ
案内する。該室内機２５において、高温高圧加熱蒸気状
態の冷媒から、室内空気に熱が放出されて、該冷媒は高
圧液体状態となる。この放出熱により室内の暖房が行な
われる。

【００１１】高圧液体状態の冷媒は、冷房用膨張弁２８
はそのまま通り抜けて、リキッドレシーバ２６へ入る。
その後、暖房用膨張弁２７において高圧液体状態の冷媒
が急激に膨張して、低温低圧蒸気状態の冷媒となり、室
外熱交換器２４を通過する間に、外気より熱を得て過熱
状態の蒸気となる。

【００１２】この際に、外気の温度が低くて、低温低圧
蒸気状態の冷媒が、充分に過熱状態の蒸気となるだけの
熱を得ることができない場合には、該冷媒がエンジン廃
熱回収用熱交換器Ｓ内を通過する間に、熱を得て過熱状
態の蒸気となる。この過熱状態の冷媒はアキュムレータ
Ａに戻り、完全な蒸気相となって再びコンプレッサーＣ
に案内される。その後、このサイクルを繰り返すのであ
る。

【００１３】一方、エンジンＥの冷却水は該エンジンＥ
内で高温となり、この高温状態の冷却水はエンジン廃熱
回収用熱交換器Ｓの内部を通過して、冷媒へ熱を与え
る。その後、ラジエータ２３に至って、ラジエータファ
ンからの冷却風により冷却されて、再度エンジンＥまで
戻る。また、ラジエータ２３へ至るまでの冷却水回路２
には、リザーバタンク２２及び冷却水タンク２１が連結
されている。尚、エンジンＥとエンジン廃熱回収用熱交
換器Ｓとの間を連結する冷却水回路２には、冷却水温度
センサ３１を取付けて、冷却水の温度を検出するように
構成しており、該冷却水温度センサ３１は室外制御ユニ
ット２９へ接続されている。また、外気の温度を検出す
る外気温度サーミスタ３０が該室外制御ユニット２９と
接続している。

【００１４】図２に示すように、前記室外制御ユニット
２９には、前記外気温度サーミスタ３０、前記冷却水温
度センサ３１、エンジンＥの回転数を検出するエンジン
回転数センサ３２、エンジンＥのクランク角度を検出す
るクランク角度センサ３３、及び失火の判断を行なう失
火判断コントローラ３４などが接続されている。また、
該室外制御ユニット２９には、点火制御回路３５、燃料
制御弁開閉制御アクチュエータ３６、及びバルブタイミ
ング可変制御アクチュエータ３７が接続されて、エンジ
ンＥの制御を行なうようにしている。

【００１５】次に、低温暖房時におけるエンジン廃熱量
の制御について説明する。図３に示すように、先ず、外
気温度サーミスタ３０により外気温度Ｔを検出して、あ
る一定の外気温度設定値Ｔ₀と比較して低温暖房時か否
かの判断を行なう。即ち、外気温度Ｔが外気温度設定値
Ｔ₀と同じか、又は小さければ、低温暖房時と判断す
る。そして、低温暖房時の場合は、冷却水温度センサ３
１により冷却水温度ＴＷを検出し、一定の冷却水設定温
度ＴＷ₀と比較して、エンジン廃熱量の制御を行なうか
否かの判断を行なう。即ち、冷却水温度ＴＷが冷却水温
度設定ＴＷ₀と同じか、又は小さければ、エンジン廃熱
量の制御を行なうのである。このように、低温暖房時に
おいては、冷却水温度ＴＷに応じてエンジン廃熱量を制
御するように構成している。このエンジン廃熱量の具体
的な制御手段としては、エンジンの点火時期、バルブタ
イミング、及び燃料制御弁開度の少なくとも一つを制御
することである。

【００１６】先ず、エンジンの点火時期の制御について
は、冷却水温度センサ３１により検出される冷却水温度
ＴＷ、エンジン回転数センサ３１により検出されるエン
ジン回転数、及びクランク角度センサ３２により検出さ
れるクランク角度に応じた制御信号を、点火制御回路に
送り、点火プラグによる点火時期を遅角させる。点火時
期を遅角させると、燃焼ガスのピストンに対する仕事量
が減少して、その分だけ排気ガス温度が上昇するのであ
る。例えば、図４に示すように、点火タイミング、即ち
点火時期を遅角するに従って、排気温度が上昇してい
る。これにより、前記エンジン廃熱回収用熱交換器Ｓは
より多くの廃熱を回収することができて、暖房性能を向
上させることができる。

【００１７】また、バルブタイミングの制御について
は、室外制御ユニット２９からバルブタイミング可変制
御アクチュエータ３７へ制御信号を送り、給気弁及び排
気弁の開閉タイミングを最適タイミングに対してずらし
て、エンジンＥの熱効率を下げる。即ち、図５には、給
気弁と排気弁との、クランク角度に対するバルブリフト
量を示しているが、給気弁の開閉タイミングをａ方向又
はｂ方向へ、排気弁の開閉タイミングをｃ方向又はｄ方
向へずらすのである。尚、ＴＤＣは上死点、ＢＤＣは下
死点を示している。

【００１８】このように、給気弁と排気弁との開閉タイ
ミングをずらした場合、図６に示すように、給気弁をｂ
方向へ、排気弁をｃ方向へずらして両者の開閉タイミン
グのオーバーラップ量を小さく、又は、給気弁をａ方向
へ、排気弁をｄ方向へずらして両者の開閉タイミングの
オーバーラップ量を大きくするとエンジンＥの熱効率が
下がって、排気温度が上昇する。これにより、エンジン
廃熱回収用熱交換器Ｓはより多くの廃熱を回収すること
ができて、暖房性能を向上させることができる。

【００１９】更に、燃料制御弁開度の制御については、
室外制御ユニット２９から燃料制御弁開閉制御アクチュ
エータ３６へ制御信号を送って、燃料制御弁の開度を大
きくし、混合気濃度を高めてリーンからリッチにするこ
とで、図７に示すように排気温度が上昇して排気熱量が
増大する。これにより、エンジン廃熱回収用熱交換器Ｓ
はより多くの廃熱を回収することができて、暖房性能を
向上させることができる。

【００２０】また、エンジン廃熱量の制御手段として、
次のようにも構成できる。図７に示すように、室外制御
ユニット２９から前記燃料制御弁開閉制御アクチュエー
タ３６へ制御信号を送って、燃料制御弁の開度を小さく
して混合気濃度を低くし、リーン状態として失火限界空
燃比で燃焼させる。空燃比がリッチからリーンへなるに
つれて排気温度は低くなるが、更にリーンになって失火
限界空燃比へ近づくと排気温度は上昇する。この排気温
度が上昇する失火限界空燃比で燃焼させるのである。

【００２１】この場合、失火限界空燃比よりリーンとな
ると失火してしまうので、失火したか否かの判断をエン
ジン回転数センサ３１及び失火判断コントローラ３４に
よって行なっている。そして、失火と判断した場合に
は、燃料制御弁の開度を一定値大きく補正して運転を行
なうのである。尚、本手段のフローを図３に示してあ
る。これにより、排出ＮＯ_X量を増加させることなく安
定して排気温度を上昇させることができ、また、エンジ
ンＥの熱効率を無駄に低下させることなく、エンジン廃
熱回収用熱交換器Ｓはより多くの廃熱を回収することが
できて、暖房性能を向上させることができる。

【００２２】以上のように、低温暖房時において、冷却
水温度ＴＷが一定温度より低い場合には、エンジンの点
火時期、バルブタイミング、及び燃料制御弁開度の少な
くとも一つを制御して、エンジン廃熱量の制御を行なう
ように構成したので、排気温度が上昇してエンジンＥか
らの廃熱量が増大し、冷媒の熱サイクル温度を高めるこ
とができた。これにより、エンジンＥの回転数を上げる
ことなく、即ち、エンジンＥの騒音増加や耐久性低下を
招くことなく、更に、無駄にエンジンの熱効率を低下さ
せることなく、低温暖房時の暖房能力を向上させること
ができた。

【００２３】また、失火を判断する手段を設けて、燃料
制御弁開度を失火限界空燃比により制御して運転したの
で、排出ＮＯ_X量を増加させることなく安定して排気温
度を上昇させることができ、エンジンＥの回転数を上げ
ることなく、即ち、エンジンＥの騒音増加や耐久性低下
を招くことなく、更に、無駄にエンジンＥの熱効率を低
下させることなく、低温暖房時の暖房能力を向上させる
ことができた。

【００２４】

【発明の効果】本発明は以上の如く構成したので、次の
ような効果を奏するのである。即ち、請求項１記載の如
く、エンジン駆動式熱ポンプ装置に、低温暖房時におい
て、冷却水温度に応じてエンジン廃熱量を制御する制御
手段を設けたので、エンジンの回転数を上げることなく
廃熱量を増大させることができ、エンジンの騒音増加や
耐久性低下を招くことなく、更に、無駄にエンジンの熱
効率を低下させることなく、低温暖房時の暖房能力を向
上させることができた。

【００２５】さらに、請求項２記載の如く、エンジン廃
熱量を制御する制御手段を、エンジンの点火時期、バル
ブタイミング、及び燃料制御弁開度の内、少なくとも一
つを制御するように構成したので、エンジンの回転数を
上げることなく廃熱量を増大させることができ、エンジ
ンの騒音増加や耐久性低下を招くことなく、また、無駄
にエンジンの熱効率を低下させることなく、低温暖房時
の暖房能力を向上させることができた。

【００２６】さらに、請求項３記載の如く、エンジン駆
動式熱ポンプ装置にエンジン回転数を検知する手段と、
該回転数の変動により失火を判断する手段とを設け、燃
料制御弁開度を失火限界空燃比よりに制御して運転した
ので、排出ＮＯ_X量を増加させることなく安定して排気
温度を上昇させることができて、エンジンの回転数を上
げることなく廃熱量を増大させることができ、エンジン
の騒音増加や耐久性低下を招くことなく、また、無駄に
エンジンの熱効率を低下させることなく、低温暖房時の
暖房能力を向上させることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエンジン駆動式熱ポンプ装置の全体構
成を示す図である。

【図２】同じくエンジン駆動式熱ポンプ装置の制御系の
構成を示すブロック図である。

【図３】エンジン廃熱量制御のフローチャートを示す図
である。

【図４】点火タイミングと排気温度との関係を示す図で
ある。

【図５】クランク角度とバルブリフト量との関係を示す
図である。

【図６】バルブタイミングと排気温度との関係を示す図
である。

【図７】空燃比と排気温度との関係を示す図である。

【符号の説明】

ＡアキュムレータＣコンプレッサ（圧縮機）ＥエンジンＲオイルセパレータＳエンジン廃熱回収用熱交換器ＴＷ冷却水温度１冷媒回路２冷却水回路２４室外熱交換器２５室内器（室内熱交換器）２７暖房用膨張弁２８冷房用膨張弁２９室外制御ユニット３０外気温度サーミスタ３１冷却水温度センサ３２エンジン回転数センサ３３クランク角度センサ３４失火判断コントローラ３５点火制御回路３６燃料制御弁開閉制御アクチュエータ３７バルブタイミング可変制御アクチュエータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジン駆動される圧縮機によって冷媒
を循環させる冷媒回路と、エンジンを冷却する冷却水を
循環させる冷却水回路とを有し、前記冷媒回路には膨張
弁、室内熱交換器、及び室外熱交換器を設け、前記冷却
水回路には排気ガス熱交換器を設けて成るエンジン駆動
式熱ポンプ装置において、低温暖房時に、冷却水温度に
応じてエンジン廃熱量を制御する制御手段を設けたこと
を特徴とするエンジン駆動式熱ポンプ装置。
【請求項２】前記制御手段は、エンジンの点火時期、
バルブタイミング、及び燃料制御弁開度の内、少なくと
も一つを制御することを特徴とする請求項１記載のエン
ジン駆動式熱ポンプ装置。
【請求項３】請求項１記載のエンジン駆動式熱ポンプ
装置にエンジン回転数を検知する手段と、該回転数の変
動により失火を判断する手段とを設け、燃料制御弁開度
を失火限界空燃比よりに制御して運転することを特徴と
するエンジン駆動式熱ポンプ装置。