CN1279275C - 发动机控制装置和利用该装置的发动机驱动式热泵装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能通过预先预测发动机负载并与大的负载变动相对应确保发动机输出的发动机控制装置。该发动机控制装置具有：调整向燃气发动机(30)供给的燃料流量的调整阀(35)，使燃料点火的点火装置(200)、调整燃气发动机(30)的转数的调整阀(36)、对上述各装置进行控制的控制装置(13)；根据发动机负载的增加率通过切换使用高输出对应图表和低NOx对应图表进行燃气发动机(30)的输出控制。

Description

发动机控制装置和利用该装置 的发动机驱动式热泵装置
技术领域
本发明涉及发动机控制装置和利用该装置的发动机驱动式热泵。
背景技术
在用发动机进行驱动压缩机的气热泵装置等的发动机装置中，一般为了满足高效率(低燃料费用)·低NOx的要求而最好进行利用超稀薄燃烧的控制。在此所谓利用超稀薄的控制是使空气对燃料量的比率比通常大的控制。
然而，当进行利用超稀薄燃烧控制时，存在负载变动大的情况下通过跟踪该负载确保输出变成困难的这样的问题。
发明内容
因此本发明是为了解决上述的现有技术中的问题而提出的，其目的是提供一种即使虽然进行利用超稀薄燃烧的控制而发生大的负载变动时也能确保适应该负载变化的发动机输出的发动机控制装置和利用该装置的发动机驱动式热泵。
为了达到上述目的，本发明的发动机控制装置具有控制向发动机供给的燃料流量的燃料流量控制单元、和检测发动的负载的发动机负载检测单元；上述燃料流量控制单元具有与低NOx对应的燃料控制图表和与高输出对应的燃料流量控制图表；该发动机控制装置还具有响应发动机负载的增加率切换使用与低NOx的燃料流量控制图表和与高输出对应的燃料流量控制图表的切换单元。
按照本发明的发动机控制装置，具有控制发动机的点火时期的点火时期控制单元和检测发动机负载的发动机负载检测单元；上述点火时期控制单元具有与低NOx对应的点火时期控制图表和与高输出对应的点火时期控制图表；该发动机控制装置还具有响应发动机负载的增加率切换使用与低NOx对应的点火时期控制图表和与高输出对应的点火时期控制图表的切换单元。
按照本发明的发动机控制装置，具有控制发动机的转数的转数控制单元、检测发动机的负载的发动机负载检测单元；上述转数控制单元具有与低NOx对应的转数控制图表和与高输出对应的转数控制图表；该发动机控制装置还具有根据发动机负载增加率切换使用与低NOx对应的转数控制图表和与高输出对应的转数控制图表的切换单元。
按照本发明的发动机控制装置，具有控制向发动机供给的燃料流量的燃料流量控制单元、控制发动机的点火时期的点火时期控制单元、控制发动机转数的转数控制单元、检测发动机负载的发动机负载检测单元；上述控制单元具有与低NOx对应的控制图表和与高输出对应的控制图表；该发动机控制装置还具有根据发动机负载的增加率切换使用与低NOx相对应的控制图表和与高输出对应的各控制图表的切换单元。
按照本发明的发动机驱动式热泵装置，具有构成冷冻循环的压缩机、驱动该压缩机的发动机，还具有控制向该发动机供给的燃料流量的燃料流量控制单元、检测发动机负载的发动机负载的检测单元；上述燃料流量控制单元具有与低NOx对应的燃料流量控制图表和与高输出对应的燃料流量控制图表；该发动机驱动式热泵还具有根据发动机负载的增加率切换使用与低NOx对应的燃料流量控制图表和与高输出对应的燃料流量控制图表的切换单元。
按照本发明的发动机驱动式热泵装置，具有构成冷冻循环的压缩机、驱动该压缩机的发动机，还具有控制该发动机的点火时期的点火控制单元、检测发动机负载的发动机负载的检测单元；上述点火控制单元具有与低NOx对应的点火时期控制图表和与高输出对应的点火时期的点火时期控制图表；该发动机驱动式热泵装置还具有根据发动机负载的增加率切换使用与低NOx对应的点火时期控制图表和与高输出对应的点火时期控制图表的切换单元。
按照本发明的发动机驱动式热泵装置，具有构成冷冻循环的压缩机和驱动该压缩机的发动机，还包括控制该发动机的转数的转数控制单元和检测发动机负载的发动机负载的检测单元；上述转数控制单元具有与低NOx对应的转数控制图表和与高输出对应的转数控制图表；该发动机驱动式热泵装置还具有响应发动机负载增加率切换使用与低NOx对应的转数控制图表和与高输出对应的转数控制图表的切换单元。
按照本发明的发动机驱动式热泵装置，具有构成冷冻循环的压缩机和驱动该压缩机的发动机，还具有控制向该发动机供给燃料的流量燃料流量控制单元、控制发动机点火时期的点火时期控制单元、控制发动机的转数的转数控制单元、检测发动机负载的发动机负载检测单元；上述各控制单元具有与低NOx对应的控制图表和与高输出对应的控制图表；该发动机驱动式热泵装置，还包括根据发动机负载的增加率切换使用与低NOx对应的控制图表和与高输出对应的各控制图表的切换单元。
按照本发明的发动机驱动式热泵装置，发动负载检测单元具有检测冷媒压力的压力检测器和检测冷媒温度的温度检测器。
附图说明
图1是表示发动机控制装置的一实施方式所适用的发动机驱动式热泵装置中的冷媒电路的电路图。
图2是关于本发明的发动机控制装置的控制流程图。
图3是与低NOx和高输出相对应的燃料流量控制图表。
图4是与低NOx和高输出相对应的点火时期控制图表。
图5是与低NOx和高输出相对应的转数控制图表。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施方式。
图1是表示关于本发明的发动机控制装置一实施方式所适用的发动机驱动式热泵装置中的冷媒电路的电路图。
如图1所示，作为冷冻装置的发动机驱动式热泵装置10具有室外机、多台(例如两台)的室内机12A、12B和室内控制装置13，室外机11的室外冷媒配管14与室内机12A、12B的各室内媒冷配置15A、15B相连。
室外机11设置在室外，压缩机16与室外冷媒配管14相连，而在该压缩机16的吸入侧配设储气桶17，在排出侧配设四通阀18，在该四通阀18侧顺次配设室外热交换器19、室外膨胀阀24、干燥芯25。在室外热交换器19上相邻地配置向该室外热交换器19送风的室外风扇20。而压缩机16通过柔性管连接器27等连接在燃气发动机30上并被该燃气发动机30驱动。配设旁流管26，以便旁路室外膨胀阀24。
另外，室内机12A、12B分别设置室内，室内热交换器21A、21B连接在室内冷媒配管15A、15B上，并且分别在室内冷媒管15A、15B上并在室内热交换器21A、21B的附近配设室内膨胀阀22A、22B。向上述的室内热交换器21A、21B送风的室内风扇23A、23B相邻地配置在上述室内热交换器21A、21B的上面。
另外，图中的符号28表示过滤器，而符号29是使压缩机16的排出侧的冷媒压力向压缩机16的吸入侧放掉的安全阀。
上述控制装置13设置在室外机11上，控制室外机11和室内机12A、12B的运行。具体地说，控制装置13分别控制室外机11上的燃气发动机30(即压缩机16)、四通阀18、室外风扇20和室外膨胀阀24、以及室内机12A、12B上的室内膨胀阀22A、22B和室内风扇23A、23B。
通过控制装置13使四通阀18切换，将空气调节装置10设定在供冷运行或供热运行。也就是说，在控制装置13把四通阀18切换到供冷侧时，冷媒如实线箭头所示流动，室外热交换器19变成冷凝器而室内热交换器21A、21B变成蒸发器，变成供冷运行状态，各室内热交换器21A、21B向室内供冷而在控制装置13把四通阀切换到致冷侧时，冷媒如虚线箭头所示流动，室内热交热器21A，21B变成冷凝器、室外热交换器19变成蒸发器，变成致热的运行状态，各室内热交换器21A，21B向室内供暖。
另外，控制装置13在供冷运行时，使室内膨胀阀22A、22B的阀开度全开，在供热运行时，根据空调负载分别控制室内膨胀阀24和室内膨胀阀22A、22B的阀开度。
另外，发动机燃料供给装置31向驱动压缩机的燃气发动机30的燃烧室供给燃料和空气的混合物。该发动机燃料供给装置31上的燃料供给管上顺次配设有燃料遮断阀33，零调节器34，燃料调节阀35和节流阀36，该节流阀36与燃气发动机30的上述燃烧室相连接。
燃料遮断阀33构成闭锁式的燃料遮断机构，燃料遮断阀33全闭合或全开，择一地进行燃料气体的无泄漏的遮断和连通。
零调节器34在燃料供给管32中的相应的零调节器34的前后的一次侧燃料气体压力(一次压力a)和二次侧燃料气压力(二次压力b)之中，即使因一次压力a变动也能通过调整使二次压力b调整到规定的压力，使燃气发动机30的运行稳定。
发动机油供给装置37与燃气发动机30连接。该发动机油供给装置30在油供给配管38上配设油遮断阀39和油供给泵40，以便适量地向燃气发动机30供给发动机油。
另外，燃气发动机30被经过发动冷却装置41循环的发动机冷却水冷却。该发动机冷却装置47具有冷却水配管42，在该冷却水配管42上顺次配设有增大(ワツクス)三通阀43、散热器46和循环泵47。
上述循环泵47在运行时使发动机冷却水升压，使该发动机冷却水在冷却水配管42内循环。
上述增大三通阀43是使燃气发动机30迅速供热，该增大三通阀43其入口43连接在附设在冷却水配管42上的燃气发动机30上的排气热交换器侧，其低温侧出口43连接在冷却水配管42上的循环泵47的吸入侧，其高温侧出口43c连接在冷却水配管42上的散热器46侧。
在本实施方式中，为了使燃气发动机满足高效率(低燃料费用)，低NOx的要求，而进行超稀薄燃烧控制。
在此，所谓超稀薄燃烧控制是空气量相对燃料的量(空燃比)比通常大的控制，具体地说，如图3a所示，根据与低NOx的燃料对应的流量控制图表控制供给发动机的燃料流量，如图4a所示，根据与低NOx对应的点火时期控制图表控制发动期的点火时期，如图5a所示，根据与低NOx对应的转数控制图表控制发动机的转数。另外，点火时期通过图1所示的点火时期控制器200控制。
但在图3a中，表中的A1、B1、C1、……X1、Y1、Z1表示燃料流量调整阀35的阀开度，在图4a中，表中的A3、B3、C3、……X3、Y3、Z3表示省略图示的燃气发动机30的点火时期，在图5a中，表中的A5、B5、C5、X5、Y5、Z5表示风门阀36的阀开度的变化量。
当进行上述的超稀薄燃烧控制时，在负载变动大的情况下，将使通过跟踪该负载增加输出变为困难，因为在超稀薄燃烧中与按理论混合比混合的燃料和气体(空气)的混合气燃的情况相比燃烧状态是不稳定的，所以不能适应急剧的发动机输出的增加。
在本实施方式中，为了在边根据上述图表进行超稀薄燃烧的控制边产生大负载变动的情况下能确保与该其负载变动相对应的发动机输出，而准备图3b、图4b和图5b所示的与高输出对应的燃料流量控制图表点火时期控制图表和转数控制图表。
另外，在图3b中，表中的A2、B2、C2、……X2、Y2、Z2表示燃料流量调整阀35的阀开度，在图4b中，表中的A4、B4、C4、……X4、Y4、Z4表示省略图示的燃气发动机30的点火时期，在图5b中，表中的A6、B6、C6、……X6、Y6、Z6表示风门阀36的阀开度的变化量。
下面参照图2说明发动机控制的程序。
首先，发动机起动后(S1)，计算出每单位时间的负载变化量(S2)。该负载变化量是发动机负载变化量(发动机负载的增加率)。接着判定负载变化量是否比例如20％小(S3)，当负载变化量比20％小时，就计算的发动机负载(S4)。接着进行现在的发动机负载与容许负载(例如最大输出的70％)的比较(S5)，当比容许负载小时，采用在图3a、图4a和图5a中示出的与低NOx对应的燃料流量控制图表、点火时期控制图表和转数控制图表，根据各个图表控制燃料流量、点火时期和转数控制。通过该间隔的控制满足高效率(低燃料费用)、低NOx的要求。
与此相反，在S3中，在负载变化量比20％大时，该控制调节装置预测急剧的负载变动。另外，虽然负载变化量比20％小，但在S5中，在现在的发动机负载比容许负载大时，该空气调节装置同样预测急剧的负载变动。
对于该急剧的负载变动如上所述，只要使用与低NOx对应的控制图表，跟踪就困难。
在本实施方式中，在S3中，在负载变化量比20％大时，或负载变化量虽然比20％小，在S5中，在现在的发动机负载比容许负载大小，为了确实跟踪在其后预测的负载变动，而采用图3b、图4b和图5b中示出的与高输出对应的燃料流量控制图表、点火时期控制图表和转数控制图表，根据各图表控制燃料流量、点火时期和转数控制(S7)。S6和S7的控制只要发动机不停止就继续进行(S8)。
接着说明在S2中的负载变化量的计算程序。
该负载变化量根据在例如1秒间隔检测的压缩机16的出、入口中的冷媒压力和温度计算压缩机功率(发动机负载)，然后计算1秒间的功率变化量。但是不受这个限定，也可以检测例如在多次(例如5次)中在压缩机16的冷媒压力和温度，再根据第一次和第5次的压缩机16的吸入侧和排出侧的冷媒压力和温度计算发动机负载，然后求出负载变化量。
上述冷媒压力和温度分别由配设在图1中示出的压缩机16的冷媒吸入管16a上的压力检测器201A和温度检测器201B和配设在冷媒排出管16b上的压力检测器202A和温度检测器202B检测。
首先根据(1)式求出发动机的负载。发动机输出相当于发动机负载，压缩机输入相当于压缩机功率。
发动机输出＝压缩机输入
＝冷媒循环量[kg/h]×(压缩机出口焓[KJ/kg]-压缩机入口焓[KJ/kg])………(1)
式中，冷媒循环量[kg/h]根据(2)式求出，焓[KJ/kg]根据(3)式求出。
冷媒循环量[kg/h]＝(压缩机容积[m3]×压缩机转数[l/hr]×体积效率)÷比容积[m3×kg]……(2)
面比容积[m3/kg]＝a×(冷媒低压)-0.9
a-0.0034×(焓)3.2
(焓)＝0.003×冷媒温度+1.8×(冷媒压力)-0.05
(焓)＝b×(冷媒压力)n
而b＝363×[焓]-257
n(高压时)＝0.047×[焓]+0.04(高压时)
n(低压时)＝-0.1325×(焓)2+0.591×(焓)+0.591×(焓)-0.5922
在本实施方式中，为了满足高效率(低燃料费用)、低NOx的要求，而在一边对燃气发动机30进行超稀薄燃烧控制和一边发生急剧的负载变动时使与低NOx对应的控制图表切换到与高输出对应的控制图表，控制燃气发动机30，所以也能适应急剧的负载变动。
虽然以上是根据上述的实施方式说明本发明的，但显然本发明是不受这个限制的。
如以上所述，按照本发明，为了满足高效率(低燃料费用)、低NOx的要求，而在对使用与低NOx对应的控制图表边对发动机进行超稀薄燃烧的控制和边发生急剧负载变动时使与低NOx相对应的控制图表切换到与高输出对应的控制图表，控制发动机，所以可以与急剧的负载变动相适应。

Claims (9)

1.一种发动机控制装置，其特征在于：具有控制向发动机供给的燃料的流量的燃料流量控制单元、和检测发动机的负载的发动机负载检测单元；
上述燃料流量控制单元具有与低NOx对应的燃料控制图表和与高输出对应的燃料流量控制图表；
该发动机控制装置还具有响应发动机负载的增加率切换使用与低NOx对应的燃料流量控制图表和与高输出对应的燃料流量控制图表的切换单元。
2.一种发动机控制装置，其特征在于：具有控制发动机的点火时期的点火时期控制单元和检测发动机负载的发动机负载检测单元；
上述点火时期控制单元具有与低NOx对应的点火时期控制图表和与高输出对应的点火时期控制图表；
该发动机控制装置还具有响应发动机负载的增加率切换使用与低NOx对应的点火时期控制图表和与高输出对应的点火时期控制图表的切换单元。
3.一种发动机控制装置，其特征在于：具有控制发动机的转数的转数控制单元、检测发动机的负载的发动机负载检测单元；
上述转数控制单元具有与低NOx对应的转数控制图表和与高输出对应的转数控制图表；
该发动机控制装置还具有根据发动机负载增加率切换使用与低NOx对应的转数控制图表和与高输出对应的转数控制图表的切换单元。
4.如权利要求1所述的发动机控制装置，其特征在于：还具有控制发动机的点火时期的点火时期控制单元和控制发动机转数的转数控制单元；上述各控制单元具有与低NOx对应的控制图表和与高输出对应的控制图表。
5.一种发动机驱动式热泵装置，其特征在于：具有构成冷冻循环的压缩机、驱动该压缩机的发动机，还具有控制向该发动机供给的燃料流量的燃料流量控制单元、检测发动机负载的发动机负载的检测单元；
上述燃料流量控制单元具有与低NOx对应的燃料流量控制图表和与高输出对应的燃料流量控制图表；
该发动机驱动式热泵还具有根据发动机负载的增加率切换使用与低NOx对应的燃料流量控制图表和与高输出对应的燃料流量控制图表的切换单元。
6.一种发动机驱动式热泵装置，其特征在于：具有构成冷冻循环的压缩机、驱动该压缩机的发动机，还具有控制该发动机的点火时期的点火控制单元、检测发动机负载的发动机负载的检测单元；
上述点火控制单元具有与低NOx对应的点火时期控制图表和与高输出对应的点火时期的点火时期控制图表；
该发动机驱动式热泵装置还具有根据发动机负载的增加率切换使用与低NOx对应的点火时期控制图表和与高输出对应的点火时期控制图表的切换单元。
7.一种发动机驱动式热泵装置，其特征在于：具有构成冷冻循环的压缩机和驱动该压缩机的发动机，还包括控制该发动机的转数的转数控制单元和检测发动机负载的发动机负载的检测单元；
上述转数控制单元具有与低NOx对应的转数控制图表和与高输出对应的转数控制图表；
该发动机驱动式热泵装置还具有响应发动机负载增加率切换使用与低NOx对应的转数控制图表和与高输出对应的转数控制图表的切换单元。
8.一种发动机驱动式热泵装置，其特征在于：具有构成冷冻循环的压缩机和驱动该压缩机的发动机，还具有控制向该发动机供给燃料流量的燃料流量控制单元、控制发动机点火时期的点火时期控制单元、控制发动机的转数的转数控制单元、检测发动机负载的发动机负载检测单元；
上述各控制单元具有与低NOx对应的控制图表和与高输出对应的控制图表；
该发动机驱动式热泵装置还具有根据发动机负载的增加率切换使用与低NOx对应的控制图表和与高输出对应的各控制图表的切换单元。
9.如权利要求5至8中任意一项权利要求中所述的发动机驱动式热泵装置，其特征在于：发动负载检测单元具有检测冷媒压力的压力检测器和检测冷媒温度的温度检测器。
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