JP2000274338A

JP2000274338A - エンジンヒートポンプ

Info

Publication number: JP2000274338A
Application number: JP11076049A
Authority: JP
Inventors: Takeo Imura; 武生井村; Yoshikazu Ota; 良和大田; Keiji Sugimori; 啓二杉森
Original assignee: Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2000-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のエンジンヒートポンプにおいては、一
定のエンジン回転数でリタード制御を行っていたので、
同じエンジン回転数で点火時期が変化し、エンジン回転
数のモニタリングだけでは正確なメンテナンス時期が把
握できないので、正確にメンテナンス時期を判定するた
めには、エンジン回転数に加えて点火時期等をも検出す
る必要があり、メンテナンス時期の把握が複雑となって
いた。【解決手段】エンジンの定格回転数Ｎ_S以上の領域に
てエンジン３の点火時期を一元的にリタード制御し、各
エンジン回転数での運転時間を、ある基準回転数での運
転時間に換算し、換算した値により基準回転数での総運
転時間、又は総運転回転数を算出し、算出した値がある
設定値に達すると警報表示を行う構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気ガスの低Ｎｏ
ｘ化を図りながら暖房能力を向上するとともに、メンテ
ナンス時期を精度良く把握できるように構成したエンジ
ンヒートポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境対策の声が高まる中、エンジ
ンヒートポンプにおけるエンジン排気ガスの低Ｎｏｘ化
に対する要望が高くなってきている。排気ガス中のＮｏ
ｘを低減する手段の一つとして、エンジンの点火時期を
遅らせて制御する、点火時期のリタード制御が知られて
いる。また、この点火時期のリタード制御を行うと、Ｎ
ｏｘが低減されると同時に、排気ガス温度が高くなるこ
とも知られている。一方、従来から、エンジンヒートポ
ンプにおいては、暖房時にエンジン回転数を高めること
で排気ガス量を増加させ、排気ガス熱をエンジン冷却水
を介して冷媒に付与することにより、暖房能力を向上さ
せる手段が知られている。そこで、排気ガスの低Ｎｏｘ
化を図るとともに、ヒートポンプとしての暖房能力を高
める手段として、暖房時には、ある回転数を超えた場合
にエンジンの点火時期をリタード制御すると同時に、リ
タード制御しない時よりも高温の排気ガス熱をエンジン
冷却水を介して冷媒に与えることが考えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述のよう
に、エンジンの点火時期をリタード制御した場合、燃焼
室内の温度が高くなって熱負荷が大きくなるため、吸排
気バルブやエンジンオイル等の劣化が速くなる傾向にあ
った。また、一定のエンジン回転数でリタード制御を行
うと、同じエンジン回転数で点火時期が変化することと
なり、エンジン回転数をモニタリングするだけでは正確
なメンテナンス時期が把握できないので、正確にメンテ
ナンス時期を判定するためには、エンジン回転数に加え
て点火時期等をも検出する必要があり、メンテナンス時
期の把握が複雑となる。

【０００４】

【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、請求項１においては、暖房運
転時に、エンジン冷却水を介して冷媒にエンジンの排気
ガス熱を付与する構成としたエンジンヒートポンプにお
いて、あるエンジン回転数領域にてエンジン点火時期を
一元的にリタード制御した。

【０００５】また、請求項２においては、各エンジン回
転数での運転時間を、ある基準回転数での運転時間に換
算し、換算した値により基準回転数での総運転時間、又
は総運転回転数を算出し、算出した値がある設定値に達
すると警報表示を行う構成とした。

【０００６】また、請求項３においては、冷媒回路の低
圧側圧力と高圧側圧力とを検出し検出した値によりシス
テム負荷を算出し、算出したシステム負荷に基づいてエ
ンジン回転数とエンジン点火時期とを設定するように構
成した。

【０００７】

【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ヒートポンプ装置を示す
斜視図、図２は同じく正面図、図３は同じく平面図、図
４はエンジンヒートポンプ装置の冷媒回路を示す図、図
５は本発明のエンジンヒートポンプ制御装置を示すブロ
ック図、図６はエンジン回転数と点火時期との関係を示
す図、図７はエンジン回転数と点火時期との関係の別実
施例を示す図、図８はエンジン回転数及びスロットル開
度のゾーン振り分け方法を示す図、図９はエンジン回転
数のゾーン振り分けのフローチャートを示す図、図１０
は算出されたシステム負荷に対してエンジン回転数及び
点火時期を決定するための二次元マップを示す図であ
る。

【０００８】まず、本発明のエンジンヒートポンプ装置
の冷媒回路の概略構成について図１乃至図３により説明
する。エンジンヒートポンプ装置のパッケージ４は上下
に二分され、上方に熱交換室１が配置され、下方にエン
ジンルーム２が配置されている。ここで、熱交換室１
は、熱交換の為に外気が通風出来る室であり、エンジン
ルーム２は吸気管や排気管を通じてのみ外部とつながる
略密閉状態である。

【０００９】エンジンルーム２内には、エンジン３、圧
縮機７及びアキュムレータ１６等が設置され、該エンジ
ン３には吸気サイレンサ８や排気サイレンサ９等が付設
されている。また、エンジン３の底部付近には、該エン
ジン３の潤滑油を貯留するオイルパンとして、オイルパ
ン５及び該オイルパン５と連通している補助オイルパン
６が配置されている。また、制御装置１７等の電送部材
が収納された電送ボックス１１、リキッドレーシーバ１
３、及び冷媒回路１２等が設置されるとともに、オイル
パン５とは別個に設けられ潤滑油を貯留しているオイル
タンク１０が配置されている。

【００１０】該オイルタンク１０と前記補助オイルパン
６とは連結されており、連結途中に介装された潤滑油ポ
ンプ１８により、オイルタンク１０内に貯留された潤滑
油を補助オイルパン６へ補充するように構成している。
該潤滑油ポンプ１８は、エンジンルーム２内の天井面２
ａ近傍に配置されている。また、エンジンルーム２上方
の熱交換室１の天井面には、放熱用のファン１５・１５
が設けられており、また、排気口１４を開口して、排気
サイレンサ９を通過した後のエンジン３からの排気を該
排気口１４から外部へ排出するように構成している。

【００１１】このように構成されるエンジンヒートポン
プ装置の冷媒回路１２の流れを、例えば、暖房時におけ
る流れを図４により説明する。まず、エンジン３により
圧縮機７を駆動して、冷媒を高温高圧過熱蒸気の状態と
し、オイルセパレータ２１により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過熱蒸気
を、暖房方向へ切り換えられた四方弁１９により室内熱
交換器２３へ案内する。該室内熱交換器２３にて冷媒は
熱が放出されて、高温高圧過熱蒸気の状態から高圧液体
状態となる。この放出熱により室内の暖房が行われる。

【００１２】高圧液体状態の冷媒はリキッドレシーバ１
３を通過した後、膨張弁２４にて急激に膨張して低温低
圧蒸気状態となり、室外熱交換器２２を通過する間に外
気から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１６に戻り、完全な蒸気相とな
って再び圧縮機７へ案内されて、以降同様のサイクルを
繰り返す。また、冷房時は、四方弁１９から室外熱交換
器２２、リキッドレシーバ１３、膨張弁２４、室内熱交
換器２３、及び四方弁１９の順で冷媒が流れる。

【００１３】一方、エンジン３の冷却水は、冷却水回路
２０内をポンプ２９により循環されており、該エンジン
３内で高温になった冷却水をラジエータ２６によって冷
却するようにしている。また、前記冷媒回路１２内おい
て、アキュムレータ１６に戻る冷媒が、十分に気化して
いない場合には、三方弁２８を切り換えて、高温の冷却
水を冷媒補助蒸発器２５へ案内し、冷媒に熱を与えるよ
うに構成している。即ち、冷媒へエンジン３の冷却水を
介して該エンジン３の排気ガス熱を付与するように構成
しているのである。さらに、冷却水回路２０にはサーモ
スタット２７を設けて、冷却水の温度がさほど高くなく
冷却する必要がない場合には、冷却水がラジエータ２６
を通過することなく直接エンジン３へ戻るように構成し
ている。尚、冷却水回路２０には、排気ガス熱交換器１
９を設けて、エンジン３からの排気と熱交換するように
している。

【００１４】次に、前記制御装置１７の構成について図
４、図５により説明する。エンジン３と、エンジン駆動
される冷媒回路とにより構成される前述のエンジンヒー
トポンプシステムには、エンジン回転数を検出する回転
数センサ４１、クランク角度を検出するクランク角度セ
ンサ４５、コンプレッサ７の吐出側圧力、即ち高圧側圧
力を検出する高圧側圧力センサ４２、及びコンプレッサ
７の吸入側圧力、即ち低圧側圧力を検出する低圧側圧力
センサ４３等の各種センサにて構成される検出手段３１
が備えられている。該検出手段３１により検出されたこ
れらの運転データは、制御装置１７におけるＡ／Ｄコン
バータ等の入力手段３２を介して、マイクロコンピュー
タ等の演算手段３３へ入力される。

【００１５】該演算手段３３においては、入力された各
運転データを演算処理し、演算処理された各運転データ
に基づいてエンジン３の運転状態を制御するように構成
している。また、演算処理された各運転データを記憶手
段３４に記憶しておき、記憶された各種データを演算手
段３３が必要に応じて読み出し、読み出したデータを表
示手段３５、又は通信手段３６を介して外部表示手段３
７により表示することを可能に構成している。

【００１６】例えば、演算手段３３は、回転数センサ４
１により検出されたエンジン回転数データ、及びクラン
ク角度センサ４５により検出されたクランク角度データ
に応じた制御信号を、エンジン３の点火制御回路に送
り、点火プラグによる点火時期を変角するように構成し
ている。即ち、本システムにおいては、エンジン回転数
に応じて点火時期を変化させるような制御を行っている
のである。

【００１７】次に、点火時期をエンジン回転数に応じて
制御する方法について説明する。図６には、エンジン回
転数と点火時期との関係を示しており、あるエンジン回
転数に対しては、点火時期を一定に固定して一元的に制
御するようにしている。そして、エンジン回転数が、低
い側の許容限界である最低回転数Ｎ_Lから定格回転数Ｎ
_Sまでの範囲内にある間は、エンジン回転数が上昇する
に従って点火時期が進角するように制御している。さら
に、エンジン回転数が、定格回転数Ｎ_Sから高い側の許
容限界である最高回転数Ｎ_Uまでの範囲内にある場合
は、途中まではエンジン回転数の上昇にかかわらず点火
時期が一定時期を保持し、その後エンジン回転数の上昇
に伴って点火時期が遅角するように制御している。

【００１８】また、点火時期の制御は図７の如く行うこ
とも可能である。図７においては、エンジン回転数が前
記最低回転数Ｎ_Lから定格回転数Ｎ_Sまでの範囲内にあ
る間は、図６の場合と同様にエンジン回転数が上昇する
に従って点火時期が進角するように制御しており、エン
ジン回転数が、定格回転数Ｎ_Sから最高回転数Ｎ_Uまで
の範囲内にある場合は、エンジン回転数が上昇するに従
って点火時期が遅角するように制御している。このよう
に、エンジン回転数が定格回転数Ｎ_Sよりも高い高回転
数域にある場合には、エンジン回転数の上昇に伴って点
火時期が変化せずに一定であるか、又は遅角するように
リタード制御している。点火時期をリタード制御して遅
角させることによって、燃焼ガスのピストンに対する仕
事量が減少するため、その分の排気ガス温度が上昇する
のである。

【００１９】本エンジンヒートポンプシステムにおいて
は、暖房運転を行う際、例えば、外気温度が低くて室外
熱交換器２２にて冷媒に十分な熱量を付与することがで
きない場合には、前述の如くエンジン３の排気ガス熱を
冷却水を介して冷媒補助蒸発器２５へ付与するように構
成しているが、このような場合には、エンジン回転数を
定格回転数Ｎ_Sよりも高回転にして排気ガス量を増や
し、冷媒へ与える熱量を増加するようにしている。そし
て、エンジン回転数が定格回転数Ｎ_Sよりも高い高回転
数域にある場合に、点火時期をリタード制御することで
排気ガス温度を上昇させ、前記冷媒補助蒸発器２５へ付
与する熱量をさらに増加させて、暖房能力を向上するよ
うにしているのである。また、点火時期をリタード制御
することで、燃焼室内がスポット的に高温となることが
なくなり、Ｎｏｘの発生量を抑えて低Ｎｏｘ化を図るこ
とができる。

【００２０】次に、検出手段１の回転数センサ４１によ
り検出されたエンジン回転数データの、演算手段３３に
よる演算処理方法、及びメンテナンス時期判定方法につ
いて説明する。先ず、エンジン回転数を予め定められた
ゾーンに振り分ける方法について、図８、図９により説
明する。回転数センサ４１により検出されたエンジン回
転数の検出データは、一定時間ａ毎に、その時間内での
平均値が算出される。算出されたエンジン回転数の平均
値は、予め一定範囲の値毎に区分けされた複数の運転回
転数ゾーン２３ａ・２３ｂ・２３ｃ・・・の何れに属す
るかが判定され、該当する運転回転数ゾーン２３ａ・２
３ｂ・２３ｃ・・・に一定時間ａが積算される。

【００２１】例えば、一定時間ａ内におけるエンジン回
転数の平均値が、運転回転数ゾーン２３ａに属すると判
定された場合が、１２回あったとすると、該運転回転数
ゾーン２３ａの積算時間Ｔは、Ｔ＝（一定時間ａ）×１
２となる。このようにして、各運転回転数ゾーン２３ａ
・２３ｂ・２３ｃでの運転時間が積算されていくのであ
る。演算手段３３により演算処理されて、予め定められ
た各運転回転数ゾーン２３ａ・２３ｂ・２３ｃに振り分
けられた運転時間データは、記憶手段３４へ記憶されな
がら積算されていく。

【００２２】以上のように、検出され、演算処理されて
記憶されたデータに基づいて、メンテナンス時期を判定
するように構成している。各運転回転数ゾーン２３ａ・
２３ｂ・２３ｃに積算された運転時間は、各運転回転数
ゾーン２３ａ・２３ｂ・２３ｃにおけるエンジン回転数
に応じて重み付けがなされ、ある基準回転数での運転時
間に換算される。そして、基準回転数での運転時間に換
算された各運転回転数ゾーン２３ａ・２３ｂ・２３ｃの
運転時間を全て加えて、その総運転時間が予め設定され
たある設定値よりも大きくなった場合に、メンテナンス
時期であると判定し、警報表示を行うように構成してい
る。

【００２３】このように、メンテナンス時期を判定する
場合、本システムにおいてはエンジン回転数に応じて点
火時期を変化させるようにしており、該点火時期はエン
ジン回転数に対して一義的に決定されることとなるの
で、エンジン回転数を検出し、検出した各エンジン回転
数での運転時間をモニタリングして、ある基準回転数で
の運転時間に換算した後に積算していくだけで、エンジ
ンが受ける熱負荷を算出することができる。これにより
エンジン３の疲労度が判明し、メンテナンス時期を容易
かつ高精度に把握することができるのである。

【００２４】次に、メンテナンス時期の判定方法の別実
施例について説明する。即ち、冷媒回路の高圧側圧力と
低圧側圧力との差圧からシステムにかかっている負荷を
算出し、このシステム負荷によりエンジン３にかかる熱
負荷を把握してメンテナンス時期を判定するのである。

【００２５】本構成のシステムにおいては、あるシステ
ム負荷に対してエンジン回転数と点火時期とを決定した
二次元マップが制御装置１７の記憶手段３４に予め記憶
されている。また、冷媒回路の高圧側圧力が高圧側圧力
センサ４２により検出されるとともに、低圧側圧力が低
圧側圧力センサ４３により検出されて、前記入力手段３
２を介して演算手段３３へ入力されている。演算手段３
３へ高圧側圧力と低圧側圧力とが入力されると、これら
の圧力差から冷媒の仕事量が求められてシステム負荷が
算出される。システム負荷が算出されると、図１０に示
すように、記憶手段３４に記憶された二次元マップ５１
により、算出されたシステム負荷Ｗａに対してエンジン
回転数Ｎａ、及び点火時期Ｄａが決定される。そして、
これらの決定されたエンジン回転数Ｎａ、及び点火時期
Ｄａにて運転が制御されるように構成している。

【００２６】このように、冷媒回路の低圧側圧力と高圧
側圧力とを検出することでシステム負荷が算出され、こ
の算出されたシステム負荷によりエンジン回転数及び点
火時期が決定されるので、このシステム負荷によりエン
ジン３にかかる熱負荷を把握することができる。従っ
て、例えば、前述のエンジン回転数によるメンテナンス
時期判定方法の如く、算出されたあるシステム負荷での
運転時間を、ある基準システム負荷での運転時間に換算
し、ある基準システム負荷での総運転時間、又は総シス
テム負荷の大きさが、予め設定されたある設定値になっ
たときに、メンテナンス時期であると判定し、警報表示
を行うように構成することができるのである。

【００２７】以上の如く、冷媒回路の低圧側圧力と高圧
側圧力とを検出することによりエンジンヒートポンプと
しての負荷を算出することができ、また、これによって
エンジン回転数及び点火時期を決定してエンジン３の熱
負荷を把握することができるので、メンテナンス時期の
判定を容易かつ高精度に行うことができるのである。

【００２８】

【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、あるエンジン回転数領域にてエンジン点火時期を一
元的にリタード制御したので、あるエンジン回転数領域
において、冷媒へ付与する熱量を増加させて、暖房能力
を向上することができる。また、燃焼室内がスポット的
に高温となることがなくなるので、Ｎｏｘの発生量を抑
えて低Ｎｏｘ化を図ることができる。

【００２９】さらに、請求項２記載の如く、各エンジン
回転数での運転時間を、ある基準回転数での運転時間に
換算し、換算した値により基準回転数での総運転時間、
又は総運転回転数を算出し、算出した値がある設定値に
達すると警報表示を行う構成としたので、エンジン回転
数を検出し、検出した各エンジン回転数での運転時間を
モニタリングして、ある基準回転数での運転時間に換算
した後に積算していくだけで、エンジン回転数に対して
一義的に決定される点火時期に基づいて、エンジンが受
ける熱負荷を算出することができ、これにより、エンジ
ンの疲労度が判明し、メンテナンス時期を容易かつ高精
度に把握することができる。

【００３０】さらに、請求項３記載の如く、冷媒回路の
低圧側圧力と高圧側圧力とを検出し、検出した値により
システム負荷を算出し、算出したシステム負荷に基づい
てエンジン回転数とエンジン点火時期とを設定するよう
に構成したので、冷媒回路の低圧側圧力と高圧側圧力と
を検出するだけで、エンジン回転数及び点火時期が決定
することができ、エンジンにかかる熱負荷を把握するこ
とができる。これにより、エンジンの疲労度を判定する
ことができ、メンテナンス時期の判定を容易かつ高精度
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエンジンヒートポンプ装置を示す斜視
図である。

【図２】同じく正面図である。

【図３】同じく平面図である。

【図４】エンジンヒートポンプ装置の冷媒回路を示す図
である。

【図５】本発明のエンジンヒートポンプ制御装置を示す
ブロック図である。

【図６】エンジン回転数と点火時期との関係を示す図で
ある。

【図７】エンジン回転数と点火時期との関係の別実施例
を示す図である。

【図８】エンジン回転数及びスロットル開度のゾーン振
り分け方法を示す図である。

【図９】エンジン回転数のゾーン振り分けのフローチャ
ートを示す図である。

【図１０】算出されたシステム負荷に対してエンジン回
転数及び点火時期を決定するための二次元マップを示す
図である。

【符号の説明】

３エンジン１７制御装置２５冷媒補助蒸発器４１回転数センサ４２高圧側圧力センサ４３低圧側圧力センサ４５クランク角度センサＮ_L 最低回転数Ｎ_S 定格回転数Ｎ_U 最高回転数

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉森啓二大阪府大阪市北区茶屋町１番32号ヤンマーディーゼル株式会社内Ｆターム(参考） 3G022 AA00 CA08 CA09 DA02 DA03 EA08 FA03 FA07 FA08 GA00 GA01 GA05 GA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】暖房運転時に、エンジン冷却水を介して
冷媒にエンジンの排気ガス熱を付与する構成としたエン
ジンヒートポンプにおいて、あるエンジン回転数領域に
てエンジン点火時期を一元的にリタード制御したことを
特徴とするエンジンヒートポンプ。
【請求項２】各エンジン回転数での運転時間を、ある
基準回転数での運転時間に換算し、換算した値により基
準回転数での総運転時間、又は総運転回転数を算出し、
算出した値がある設定値に達すると警報表示を行う構成
としたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンヒー
トポンプ。
【請求項３】冷媒回路の低圧側圧力と高圧側圧力とを
検出し、検出した値によりシステム負荷を算出し、算出
したシステム負荷に基づいてエンジン回転数とエンジン
点火時期とを設定するように構成したことを特徴とする
エンジンヒートポンプ。