JP2005282472A - ヒートポンプシステムのエンジン始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】始動性に寄与する要因の水準に合わせて、始動制御に関わるパラメータ全体を段階的にチューニングするヒートポンプシステムのエンジン始動制御装置を提供すること。
【解決手段】外気温度センサ１と、冷却水温度センサ２と、エンジン１３が停止してからの時間を測定する経過時間タイマ３と、ヒートポンプシステムが設置された場所の標高を記憶する標高記憶手段４と、外気温度センサ１が測定した外気温度と、冷却水温度センサ２が測定したエンジン冷却水温度と、経過時間タイマ３が測定した時間と、標高記憶手段４が記憶する標高とをパラメータとして、エンジン１３を始動するときに、スロットル弁１３１の開度を決定して、スロットル弁１３１を制御するスロットル弁開度初期値決定プログラム１００と制御パラメータ最適値テーブル５００とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンを圧縮機の駆動源とするヒートポンプシステムのエンジン始動制御装置に関する発明である。

エンジンを圧縮機の駆動源とするヒートポンプシステムは、一般的にＧＨＰ（ガスヒートポンプ）と呼ばれており、図７に示すように、圧縮機１４、室外熱交換器１５、膨張弁１６、室内熱交換器１７を含む冷媒回路Ｈ１と、圧縮機駆動用のガスエンジン１３、ラジエータ１８を含む冷却回路Ｈ２とを備えると共に、冷媒回路Ｈ１を循環する冷媒と冷却水回路Ｈ２を循環する冷却水とで熱交換を行わせる水熱交換器（冷媒加熱器）１９を備えた構成になっている。これらの要素は室外機１１と室内機１２に振り分けられている。なお、図において、２０は流量制御弁、２１は膨張弁、２２は電磁弁、２３は冷媒排出用電磁弁である。
このＧＨＰのガスエンジンは、低温時の始動性が悪いという特性を持っており、従来、ガスエンジンの始動性を確保するために、最悪条件での始動を考慮した制御仕様になっていた。一方で最悪条件のみを最適化してチューニングを行った場合、対極的な条件である高温状態での再始動など、極めて始動性の良い場面では、始動直後の回転の吹き上がり現象などの問題を引き起こす可能性がある。このため両者のトレードオフにより、始動条件を決定しているが、これは対極にある条件については、どちらも最適なものにはなりえないという問題があった。
特許文献１では、この点に鑑み、図８及び図９に示すように、始動性の制御パラメータは変更せず、スタータ２６への供給電圧のみを変えることにより、スタータ２６の回転トルク不足を解消する方法が提案されている。即ち、外気温度が所定値以下に低下した時、又はオイル交換からのガスエンジン１３の運転時間が所定値以上になった時、エンジンオイルの粘度が所定以上になったと判定し、スタータ２６への供給電圧を通常モードより高めて、始動性向上モードでエンジン始動を行うようにしている。
特開２００３―２２７３６７号公報

しかしながら、ＧＨＰのガスエンジンの始動性に関して、始動性の制御パラメータを変更せず、スタータへの供給電圧のみを変えることにより、スタータの回転トルク不足を解消するだけでは、次の問題点があった。
（１）始動性に関する条件として、エンジンオイルの粘度に関係する条件しか考慮されておらず、広い使用環境条件に適応させようとする場合に不十分である。
（２）始動性の制御パラメータの最適制御とコストとのトレードオフにより、安定した始動性を確保するという観点からも不十分である。
そこで本発明は、かかる課題を解決すべく、始動性に関する条件を幅広く考慮して、それぞれの条件を良い水準から悪い水準までを含め、始動制御に関わるパラメータ全体を各条件に合わせてチューニングを段階的に変更するヒートポンプシステムのエンジン始動制御装置を提供することを目的とする。

本発明のエンジンを圧縮機の駆動源とするヒートポンプシステムのエンジン始動制御装置は、上記課題を解決するために以下のような構成を有している。
（１）エンジンを圧縮機の駆動源とするヒートポンプシステムのエンジン始動制御装置において、外気温度センサと、冷却水温度センサと、エンジンが停止してからの時間を測定する経過時間タイマと、前記ヒートポンプシステムが設置された場所の標高を記憶する標高記憶手段と、前記外気温度センサが測定した外気温度と、前記冷却水温度センサが測定したエンジン冷却水温度と、前記経過時間タイマが測定した時間と、前記標高記憶手段が記憶する標高とをパラメータとして、前記エンジンを始動するときに、スロットル弁の開度を決定して、前記スロットル弁を制御するスロットル弁開度初期値決定プログラムと制御パラメータ最適値テーブルとを有することを特徴とする。
（２）エンジンを圧縮機の駆動源とするヒートポンプシステムのエンジン始動制御装置において、外気温度センサと、冷却水温度センサと、前記ヒートポンプシステムが設置された場所の標高を記憶する標高記憶手段と、前記外気温度センサが測定した外気温度と、前記冷却水温度センサが測定したエンジン冷却水温度と、前記標高記憶手段が記憶する標高とをパラメータとして、前記エンジンを始動するときに、燃料弁の開度を決定して、前記燃料弁を制御する燃料弁開度初期値決定プログラムと前記制御パラメータ最適値テーブルとを有することを特徴とする。
（３）エンジンを圧縮機の駆動源とするヒートポンプシステムのエンジン始動制御装置において、外気温度センサと、エンジンが停止してからの時間を測定する経過時間タイマと、前記外気温度センサが測定した外気温度と、前記経過時間タイマが測定した時間とをパラメータとして、前記エンジンを始動するときに、スタータをオン状態とする時間を決定して、前記スタータを制御する最大スタータオン時間決定プログラムと前記制御パラメータ最適値テーブルとを有することを特徴とする。
なお、本発明のエンジン始動制御装置を適用する場合、３つの請求項すべてを含めるか、２つの請求項を組み合わせるか、又は単独の請求項のみとするかいずれでも可能である。どのような組み合わせにするかは、設計仕様の検討段階において、市場及び顧客ニーズの検討及び性能とコストとのトレードオフ検討等により決定される。

続いて、上記構成を有する発明の作用効果について説明する。本発明は実機による実験を繰り返した結果、エンジンの始動性を推定するパラメータとして、基本的に次の４つを考慮すべきであることを発見した。 ・外気温度
・エンジン冷却水温度
・エンジン停止からの経過時間
・標高区分
本発明はこの始動性を推定するパラメータに対して、次に示す始動制御に関わるパラメータ全体を最適値に設定するようにしたものである。
・エンジン始動時のスロットル弁開度初期値
・エンジン始動時の燃料弁開度初期値
・最大スタータＯＮ時間

まず、エンジン始動時のスロットル弁開度は、外気温度及びエンジン冷却水温度が低いほど、エンジンの始動性が悪いので、それぞれ温度が低い場合に大きく設定される。エンジン停止からの経過時間は、経過時間が短いほど始動性が良いので、逆に経過時間が長い場合に、スロットル弁開度が大きくなるように補正される。標高区分は標高が高いほど空気が希薄になり、エンジンの始動性が悪くなるので、標高が高い場合にスロットル弁開度が大きくなるように補正される。このようにスロットル弁の始動条件は、外気温度、エンジン冷却水温度、停止からの経過時間及び標高区分の４つをパラメータとして、スロットル弁開度が最適な値に決定される。
次に、エンジン始動時の燃料弁開度は、スロットル弁の４つの始動条件に対して、停止からの経過時間の寄与度がほとんどなく、外気温度及びエンジン冷却水温度が低いほど、エンジンの始動性が悪いので、それぞれ温度が低い場合に大きく設定される。標高区分は標高が高いほど空気が希薄になり、エンジンの始動性が悪くなるので、標高が高い場合に燃料弁開度が大きくなるように補正される。このように燃料弁の始動条件は、外気温度、エンジン冷却水温度及び標高区分の３つをパラメータとして、燃料弁開度が最適な値に決定される。
次に、最大スタータＯＮ時間は、スロットル弁の４つの始動条件に対して、エンジン冷却水温度及び標高区分の寄与度がほとんどなく、外気温度が低いほど、エンジンの始動性が悪いので、温度が低い場合に長く設定される。エンジン停止からの経過時間は、経過時間が短いほど始動性が良いので、逆に経過時間が長い場合に、最大スタータＯＮ時間が長くなるように補正される。このように外気温度及びエンジン停止からの経過時間の２つをパラメータとして、最大スタータＯＮ時間が最適な値に決定される。

以上のように、本発明のエンジン始動制御装置は、始動性に関係する幅広い環境条件に対して、始動性に関わる制御パラメータが最適値を選択できるようにしている。特に従来、エンジンの始動性に考慮されていない標高条件が始動性を推定するパラメータの一つに組み入れられたので、より広い環境条件への適用、即ち設置可能対象地域を広げることが可能になる。従って、不利な条件下でも良好な始動性を発揮することが出来、また逆に始動性の良い条件下では、起動直後の回転の吹き上がり現象などの問題を防ぐことが出来る。また、最適条件で無理のないエンジン始動ができるので、始動に関係する部品も最適な安全率をとった設計ができ、コストダウンを図ることが出来る。更に、始動性を推定するパラメータが多段階に考慮され、それに対応して制御パラメータが最適値に制御されるので、最適なエンジン始動の制御が可能となる。

以上説明したように、本発明のエンジン始動制御装置は、外気温度センサと、冷却水温度センサと、エンジンが停止してからの時間を測定する経過時間タイマと、前記ヒートポンプシステムが設置された場所の標高を記憶する標高記憶手段と、前記外気温度センサが測定した外気温度と、前記冷却水温度センサが測定したエンジン冷却水温度と、前記経過時間タイマが測定した時間と、前記標高記憶手段が記憶する標高とをパラメータとして、前記エンジンを始動するときに、スロットル弁の開度を決定して、前記スロットル弁を制御するスロットル弁開度初期値決定プログラムと制御パラメータ最適値テーブルとを有するので、エンジン始動時のスロットル弁開度を最適な値に決定することができる。従って、不利な条件下でも良好な始動性を発揮することができ、また逆に始動性の良い条件下では、起動直後の回転の吹き上がり現象などの問題を防ぐことができ、かつエンジンのコストダウンも図ることが出来る。
また、本発明のエンジン始動制御装置は、外気温度センサと、冷却水温度センサと、前記ヒートポンプシステムが設置された場所の標高を記憶する標高記憶手段と、前記外気温度センサが測定した外気温度と、前記冷却水温度センサが測定したエンジン冷却水温度と、前記標高記憶手段が記憶する標高とをパラメータとして、前記エンジンを始動するときに、燃料弁の開度を決定して、前記燃料弁を制御する燃料弁開度初期値決定プログラムと前記制御パラメータ最適値テーブルとを有するので、エンジン始動時の燃料弁開度を最適な値に決定することができる。従って、不利な条件下でも良好な始動性を発揮することができ、また逆に始動性の良い条件下では、起動直後の回転の吹き上がり現象などの問題を防ぐことができ、かつエンジンのコストダウンも図ることが出来る。
また、本発明のエンジン始動制御装置は、外気温度センサと、エンジンが停止してからの時間を測定する経過時間タイマと、前記外気温度センサが測定した外気温度と、前記経過時間タイマが測定した時間とをパラメータとして、前記エンジンを始動するときに、スタータをＯＮ状態とする時間を決定して、前記スタータを制御する最大スタータオン時間決定プログラムと前記制御パラメータ最適値テーブルとを有するので、エンジン始動時の最大スタータＯＮ時間を最適な値に決定することができる。従って、不利な条件下でも良好な始動性を発揮することができ、かつエンジンのコストダウンも図ることが出来る。

以下、本発明に係るヒートポンプシステムのエンジン始動制御装置の実施形態について、詳細に説明する。なお、ヒートポンプシステムの概略構成は、図７に示す一般的な形態と同様である。図１は本発明に係るエンジン始動制御装置の実施形態の要部構成を示すブロック図である。
図１に示すように、圧縮機１４に連結されたガスエンジン１３には、起動力を与えるためのスタータ２６が付設されている。ガスエンジン１３はマイクロコンピュータ（マイコン）３０により、エンジン始動の制御パラメータを最適にするように制御される。スタータ２６は、商用電源をトランス２７で変換した電圧により駆動され、トランス２７で生成する複数の電圧をスタータ２６に切り替えて印加できるように、トランス２７とスタータ２６との間には電圧切替手段２８が設けられている。

本発明のエンジン始動制御装置は、始動性を推定するパラメータとして、基本的に外気温度、エンジン冷却水温度、エンジン停止からの経過時間及び標高区分の４つを考慮する。外気温度及びエンジン冷却水温度は、サーミスタである冷却水温度センサ２により検出し、温度―電圧変換を行い、Ａ−Ｄ変換を行った後、マイコン３０に取り込む。エンジン停止からの経過時間はタイマ３で計測する。タイマ３はマイコン３０のタイマを使用する。気圧水準を意味する標高区分は、ＤＩＰスイッチ等の標高記憶手段４に設定されたものを読み込む。設定はガスヒートポンプ本体の施工時に実施する。これらパラメータの入力は、マイコン３０に標準的に実装されるアナログ入力ポート及びデジタル信号入力ポートを使用する。ガスエンジン１３の始動指示があると、始動性を推定するパラメータの最新の入力値を、図２のパラメータの水準区分テーブルに従って、水準区分のレベルをコード化して、マイコン３０のＲＡＭのエンジン始動性パラメータデータ４００に記憶する。

図２のパラメータの水準区分テーブルについて、以下に説明する。図２のテーブルは、外気温度、エンジン冷却水温度、エンジン停止からの経過時間及び標高区分の４つのパラメータの水準区分を例で示すものである。外気温度は、−８℃未満、８℃未満、２５℃未満及び２５℃以上の４水準をそれぞれレベル１、２、３、及び４に区分する。エンジン冷却水温度は、１０℃未満、２５℃未満、５０℃未満及び５０℃以上の４水準をそれぞれレベル１、２、３、及び４に区分する。エンジン停止からの経過時間は、５分未満、１５分未満及び１５分以上の３水準をそれぞれレベル３、２、及び１に区分する。標高区分は、３００m未満、６００m未満及び６００m以上の３水準をそれぞれレベル３、２、及び１に区分する。
マイコン３０のＲＯＭには、ガスエンジン１３の始動性を推定するパラメータの水準に応じて、エンジン始動の制御パラメータを最適にするように制御するため、スロットル開度初期値決定プログラム１００、燃料弁開度初期値決定プログラム２００及び最大スタータＯＮ時間決定プログラム３００と、制御パラメータ最適値テーブル５００とを備える。制御パラメータ最適値テーブル５００は、図３のスロットル弁開度初期値の決定のための３つのテーブル(b)、(c)、(d)、図４の燃料弁開度初期値の決定のための２つのテーブル(b)、(c)、及び図５の最大スタータＯＮ時間の決定のための２つのテーブル(b)、(c)を含んだものである。

次に、エンジンの始動性を推定し、始動性の制御パラメータを決定する手段について説明する。始動性を推定するパラメータのコード化された水準区分の組み合わせは、例で示した水準の場合、１４４通りとなる。エンジンの始動性を制御するパラメータは、エンジン始動時のスロットル弁開度初期値、エンジン始動時の燃料弁開度初期値及び最大スタータＯＮ時間の３つである。この３つの制御パラメータ毎に、始動性を推定するパラメータを例で示した水準の１４４通り組み合わせに基づいて制御するのは、制御が複雑となり、マイコン３０の容量も大きいものが必要となる。しかし、実験した結果に基づけば、以下に示すような制御で十分対応できることがわかったので、次に説明する。
始動性を推定するパラメータの組み合わせに対して、エンジンの始動性の制御パラメータ最適値テーブル５００がマイコン３０のＲＯＭに記憶されている。最適値テーブル５００には、予め実験から求めた各制御パラメータの最適値をインプットしている。始動制御に入るとマイコン３０は、スロットル弁開度、燃料弁開度初期値及び最大スタータＯＮ時間の各テーブルを参照して、制御パラメータを読み、その値で始動制御をスタートする。以下、制御パラメータ毎に詳細に説明する。

エンジン始動時のスロットル弁開度初期値の決定について、図３で説明する。図３(a)に示すのはスロットル弁開度決定プログラム１００であり、最初のステップＡ１０１で図３(b) のテーブルから、外気温度とエンジン冷却水温度によって決まるスロットル弁開度初期値を読む。図３(b)のテーブルは、横軸に外気温度、縦軸にエンジン冷却水温度をとる。外気温度及びエンジン冷却水温度は、それぞれ低温から高温に４水準でレベル１から４に区分される。テーブルは外気温度とエンジン冷却水温度の各水準に対するマトリックスで、最適なスロットル弁開度を示す。例えば、外気温度とエンジン冷却水温度が共にレベル１（温度が両方とも最低のレベル）の場合は、スロットル弁開度が１００％、即ち最大の開度を示す。外気温度とエンジン冷却水温度が共にレベル４（温度が両方とも最高のレベル）の場合は、スロットル弁開度が４０％、即ち最小の開度を示す。エンジン冷却水温度がレベル１の場合、外気温度はレベルが１上がる毎にスロットル弁開度が１０％小さい値を示す。また、外気温度がレベル１の場合、エンジン冷却水温度はレベルが１上がる毎にスロットル弁開度が１５％小さい値を示す。このようにスロットル弁開度に対して、外気温度とエンジン冷却水温度は両方とも寄与するが、エンジン冷却水温度の方が寄与度が大きい。

次のステップＡ１０２で図３(c) のテーブルから、エンジン停止からの経過時間による補正値を読み、スロットル弁開度初期値に補正値を加算する。図３(c)のテーブルは、エンジン停止からの経過時間を、短時間から長時間に３水準でレベル３から１に区分し、各レベルに対して、ステップＡ１０１のスロットル弁開度に対して加算する補正値を示す。例えば、エンジン停止からの経過時間がレベル３（時間が最も短いレベル）の場合は、スロットル弁開度に加算する補正値＋０％を示し、レベル１（時間が最も長いレベル）の場合は、スロットル弁開度に加算する補正値＋４％を示す。このように、スロットル弁開度に対して、エンジン停止からの経過時間の寄与度はあまり大きくない。
次のステップＡ１０３で図３(ｄ) のテーブルから、標高区分による補正値を読み、スロットル弁開度初期値に補正値を加算する。図３(d)のテーブルは、標高区分を、低地から高地に３水準でレベル３から１に区分し、各レベルに対して、ステップＡ１０２のスロットル弁開度に対して加算する補正値を示す。例えば、標高区分がレベル３（標高が最も低いレベル）の場合は、スロットル弁開度に加算する補正値＋０％を示し、レベル１（標高が最も高いレベル）の場合は、スロットル弁開度に加算する補正値＋６％を示す。このように、スロットル弁開度に対して、標高区分の寄与度はあまり大きくない。
最後のステップＡ１０４で、エンジン始動時のスロットル弁の規定開度にステップＡ１０３までの計算値（％）を乗算し、スロットル弁開度初期値を決定する。

以上について、具体的な例で説明する。外気温度２０℃、エンジン冷却水温度２０℃、エンジン停止からの経過時間１３分及び標高区分４００ｍの場合、図２より始動性を推定するパラメータのレベルは、外気温度が３、エンジン冷却水温度が２、エンジン停止からの経過時間２及び標高区分２である。次に、ステップＡ１０１で図３の(b)のテーブルから、外気温度が３とエンジン冷却水温度が２より、スロットル弁開度初期値は７０％である。次に、ステップＡ１０２で図３の(c)のテーブルから、停止からの経過時間２より、補正値は＋２％であり、スロットル弁開度初期値７０％に＋２％を加算して、７２％とする。次に、ステップＡ１０３で図３の(d)のテーブルから、標高区分２より、補正値は＋３であり、ステップＡ１０２の７２％に＋３％を加算して、７５％とする。従って、ステップＡ１０４より、初期開度は［規定開度］х７５％となる。

エンジン始動時の燃料弁開度初期値の決定について、図４で説明する。図４(a)に示すのは燃料制御弁開度決定プログラム２００であり、最初のステップＢ１０１で図４(b)のテーブルから、外気温度とエンジン冷却水温度によって決まる燃料弁開度初期値を読む。図４(b)のテーブルは、図３(d)と同様のテーブルであり、外気温度とエンジン冷却水温度の各水準に対するマトリックスで、最適な燃料弁開度を示す。例えば、外気温度とエンジン冷却水温度が共にレベル１（温度が両方とも最低のレベル）の場合は、燃料弁開度が１００％、即ち最大の開度を示す。外気温度とエンジン冷却水温度が共にレベル４（温度が両方とも最高のレベル）の場合は、燃料弁開度が７０％、即ち最小の開度を示す。エンジン冷却水温度がレベル１の場合、外気温度はレベルが１から４に上がると燃料弁開度は１０％小さい値を示す。また、外気温度がレベル１の場合、エンジン冷却水温度はレベルが１から４に上がると燃料弁開度が３０％小さい値を示す。このように外気温度とエンジン冷却水温度は両方とも寄与するが、外気温度の寄与度は小さい。
次のステップＢ１０２で図４(c) のテーブルから、標高区分よる補正値を読み、燃料弁開度初期値に補正値を加算する。図４(c)のテーブルは、図３(d)と同様のテーブルであり、標高区分に対して、ステップＢ１０1の燃料弁開度に対して加算する補正値を示す。例えば、標高区分がレベル３（標高が最も低いレベル）の場合は、燃料弁開度に加算する補正値＋０％を示し、レベル１（標高が最も高いレベル）の場合は、燃料弁開度に加算する補正値＋２０％を示す。このように、燃料弁開度に対して、標高区分の寄与度は大きい。
最後のステップＢ１０３で、燃料弁開度初期値の規定開度にステップＢ１０２までの計算値（％）を乗算し、燃料弁開度初期値を決定する。以上の燃料弁開度初期値の決定についての具体的な例は、スロットル弁開度の場合と同様であるので省略する。

最大スタータＯＮ時間の決定について、図５で説明する。図５(a)に示すのはスタータＯＮ時間決定プログラム３００であり、最初のステップC１０１で図５(b)のテーブルから、外気温度とエンジン冷却水温度によって決まる最大スタータＯＮ時間を読む。図５(b)のテーブルは、図３(b)と同様のテーブルであり、外気温度とエンジン冷却水温度の各水準に対するマトリックスで、最適な最大スタータＯＮ時間を示す。例えば、外気温度とエンジン冷却水温度が共にレベル１（温度が両方とも最低のレベル）の場合は、最大スタータＯＮ時間が１００％、即ち最大のＯＮ時間を示す。外気温度とエンジン冷却水温度が共にレベル４（温度が両方とも最高のレベル）の場合は、最大スタータＯＮ時間が７０％、即ち最小のＯＮ時間を示す。エンジン冷却水温度がレベル１の場合、外気温度はレベルが１上がる毎に最大スタータＯＮ時間は１０％小さい値を示す。しかし、エンジン冷却水温度に対しては、最大スタータＯＮ時間がすべて１００％で変化しない。このように最大スタータＯＮ時間に対して、外気温度は寄与するが、エンジン冷却水温度は寄与しない。
次のステップC１０２で図５(c) のテーブルから標高区分よる補正値を読み、最大スタータＯＮ時間に補正値を加算する。図５(c)のテーブルは、図３(c)と同様のテーブルであり、標高区分に対して、ステップC１０1の最大スタータＯＮ時間に対して加算する補正値を示す。例えば、標高区分がレベル３（標高が最も低いレベル）の場合は、最大スタータＯＮ時間に加算する補正値＋０％を示し、レベル１（標高が最も高いレベル）の場合は、最大スタータＯＮ時間に加算する補正値＋２０％を示す。このように、最大スタータＯＮ時間に対して、標高区分の寄与度は大きい。
最後のステップC１０３で、最大スタータＯＮ時間の規定ＯＮ時間にステップC１０２までの計算値（％）を乗算し、最大スタータＯＮ時間を決定する。以上の最大スタータＯＮ時間の決定についての具体的な例は、スロットル弁開度の場合と同様であるので省略する。

次に、エンジンの始動性制御手段について説明する。以上のように選択されたエンジンの始動性制御パラメータに基づいて、マイコン３０はエンジン１３の始動制御を行う。スロットル弁１３１及び燃料弁１３２は、それぞれ図示しないステップモータにより駆動され、マイコン３０の駆動指令により、所定の開度に設定される。スタータ２６はマイコン３０のタイマにより、最大スタータＯＮ時間を設定される。
以上、説明したヒートポンプシステムのエンジン１３の始動制御は、図６に示すように以下のシーケンスで行われる。
1) スロットル弁及び燃料弁を決定された初期開度になるように駆動する。
2) スロットル弁及び燃料弁以外の設定を起動状態にセットする。
3) スタータを起動し、エンジンを始動する。
4) ・エンジンが始動した場合は、そのまま通常運転制御に移行する。
・エンジンが始動しない場合は、最大スタータＯＮ時間までリトライを行う。設定された最大スタータＯＮ時間を経過してもエンジンが始動しない場合は、始動制御プロセスを中断する。

このように設けられた本発明に係るヒートポンプシステムのエンジン始動制御装置の作動及びその作用効果について説明する。本発明はエンジンの始動性に寄与する要因、即ち始動性を推定するパラメータを実験により見出し、始動性を推定するパラメータに対する水準の組み合わせに対して、始動制御に関わるパラメータ全体を最適値に設定することを可能にしたもので、以下に説明する。
マイコン３０のＲＯＭには、予め実験から求めた制御パラメータ最適値テーブル５００を備え、始動性を推定するパラメータの組み合わせに対して、始動性を制御するパラメータの最適値が記憶される。始動制御に入ると最適な制御パラメータがマイコン３０から読み出され設定される。

即ち、エンジン始動時のスロットル弁開度初期値は、外気温度及びエンジン冷却水温度が低いほど、大きく設定される。また、エンジン停止からの経過時間は、経過時間が短いほど始動性が良いので、逆の経過時間が長い場合に、スロットル弁開度が大きくなるように補正値が加算される。同様に、標高区分は、標高が高いほど空気が希薄になるので、標高が高い場合にスロットル弁開度が大きくなるように補正値が加算される。このようにスロットル弁の始動条件は、外気温度、エンジン冷却水温度、停止からの経過時間及び標高区分の４つをパラメータとして、スロットル弁開度が最適な値に決定される。
エンジン始動時の燃料弁開度初期値は、外気温度及びエンジン冷却水温度は、それぞれの温度が低いほど、スロットル弁開度は大きく設定される。また、エンジン停止からの経過時間は寄与せず、標高区分は標高が高いほど空気が希薄になるので、燃料弁開度が大きくなるように補正値が加算される。このように燃料弁の始動条件は、外気温度、エンジン冷却水温度及び標高区分の３つをパラメータとして、燃料弁開度が最適な値に決定される。
最大スタータＯＮ時間は、スロットル弁の４つの始動条件に対して、エンジン冷却水温度及び標高区分の寄与度がほとんどなく、外気温度が低いほど、エンジンの始動性が悪いので、温度が低い場合に長くなるように設定される。エンジン停止からの経過時間は、経過時間が短いほど始動性が良いので、逆に経過時間が長い場合に、最大スタータＯＮ時間が長くなるように補正される。このように外気温度及びエンジン停止からの経過時間の２つをパラメータとして、最大スタータＯＮ時間が最適な値に決定される。

以上、本発明のエンジン始動制御装置は、始動性に関係する幅広い環境条件に対して、始動制御装置が最適値を選択できるようにしている。特に従来、エンジンの始動性に考慮されていない標高条件が始動性を推定するパラメータの一つに組み入れられたので、より広い環境条件への適用、即ち設置可能対象地域を広げることが可能になる。従って、不利な条件下でも良好な始動性を発揮することが出来、また逆に始動性の良い条件下では、起動直後の回転の吹き上がり現象などの問題を防ぐことが出来る。また、最適条件で無理のないエンジン始動ができるので、始動に関係する部品も最適な安全率をとった設計ができ、コストダウンを図ることが出来る。更に、始動性を推定するパラメータが多段階に考慮され、それに対応して制御パラメータが最適値に制御されるので、最適なエンジン始動の制御が可能となる。

以上詳細に説明したように、請求項１の発明によれば、外気温度センサ１と、冷却水温度センサ２と、エンジン１３が停止してからの時間を測定する経過時間タイマ３と、ヒートポンプシステムが設置された場所の標高を記憶する標高記憶手段４と、外気温度センサ１が測定した外気温度と、冷却水温度センサ２が測定したエンジン冷却水温度と、経過時間タイマ３が測定した時間と、標高記憶手段４が記憶する標高とをパラメータとして、エンジン１３を始動するときに、スロットル弁１３１の開度を決定して、スロットル弁１３１を制御するスロットル弁開度初期値決定プログラム１００と制御パラメータ最適値テーブル５００とを有するので、エンジン始動時のスロットル弁開度を最適な値に決定することができる。従って、不利な条件下でも良好な始動性を発揮することができ、また逆に始動性の良い条件下では、起動直後の回転の吹き上がり現象などの問題を防ぐことができ、かつエンジン１３のコストダウンも図ることが出来る。
また、請求項２の発明によれば、外気温度センサ１と、冷却水温度センサ２と、ヒートポンプシステムが設置された場所の標高を記憶する標高記憶手段４と、外気温度センサ１が測定した外気温度と、冷却水温度センサ２が測定したエンジン冷却水温度と、標高記憶手段４が記憶する標高とをパラメータとして、エンジン１３を始動するときに、燃料弁１３２の開度を決定して、燃料弁１３２を制御する燃料弁開度初期値決定プログラム２００と制御パラメータ最適値テーブル５００とを有するので、エンジン始動時の燃料弁開度を最適な値に決定することができる。従って、不利な条件下でも良好な始動性を発揮することができ、また逆に始動性の良い条件下では、起動直後の回転の吹き上がり現象などの問題を防ぐことができ、かつエンジン１３のコストダウンも図ることが出来る。
また、請求項３の発明によれば、外気温度センサ１と、エンジン１３が停止してからの時間を測定する経過時間タイマ３と、外気温度センサ１が測定した外気温度と、経過時間タイマ３が測定した時間とをパラメータとして、エンジン１３を始動するときに、スタータ２６をＯＮ状態とする時間を決定して、スタータ２６を制御する最大スタータオン時間決定プログラム３００と制御パラメータ最適値テーブル５００とを有するので、エンジン始動時の最大スタータＯＮ時間を最適な値に決定することができる。従って、不利な条件下でも良好な始動性を発揮することができ、かつエンジン１３のコストダウンも図ることが出来る。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明のエンジン始動制御装置を適用する場合、３つの請求項すべてを含めても、２つの請求項を組み合わせても、又は単独の請求項のみとしても、いずれでも可能である。どのような組み合わせにするかは、設計仕様の検討段階において、市場及び顧客ニーズの検討及び性能とコストとのトレードオフ検討等により決定される。また、ガスエンジンを発電用に用いる場合においても、同様に適用することが出来る。本発明はこれらに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

本発明に係るヒートポンプシステムのエンジン始動制御装置の実施形態の要部構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態を示すエンジンの始動性を推定するパラメータの水準区分テーブルである。 本発明の実施形態を示すスロットル弁制御についての (a) エンジン始動時のスロットル弁開度初期値の決定フローチャート (b) スロットル弁開度初期値の最適値テーブル (c) エンジン停止からの経過時間による補正テーブル (d) 標高区分による補正テーブル である。 本発明の実施形態を示す燃料弁制御についての (a) エンジン始動時の燃料弁開度初期値の決定フローチャート (b) 燃料弁開度初期値の最適値テーブル (c) 標高区分による補正テーブル である 本発明の実施形態を示すスタータ制御についての (a) 最大スタータＯＮ時間の決定フローチャート (b) 最大スタータＯＮ時間の最適値テーブル (c) エンジン停止からの経過時間による補正テーブル である 本発明の実施形態を示すエンジン始動制御のフローチャートである。 一般的なヒートポンプシステムの概略構成図である。 従来技術のエンジン始動制御装置の要部構成を示すブロック図である。 従来技術の制御内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 外気温度センサ
２ 冷却水温度センサ
３ 経過時間タイマ
４ 標高記憶手段
１３ ガスエンジン
２６ スタータ
３０ マイクロコンピュータ
１００ スロットル弁開度初期値決定プログラム
１３１ スロットル弁
１３２ 燃料弁
２００ 燃料弁開度初期値決定プログラム
３００ 最大スタータON時間決定プログラム
４００ エンジン始動性パラメータデータ
５００ 制御パラメータ最適値テーブル

Claims (3)

1. エンジンを圧縮機の駆動源とするヒートポンプシステムのエンジン始動制御装置において、
   外気温度センサと、
   冷却水温度センサと、
   エンジンが停止してからの時間を測定する経過時間タイマと、
   前記ヒートポンプシステムが設置された場所の標高を記憶する標高記憶手段と、
   前記外気温度センサが測定した外気温度と、前記冷却水温度センサが測定したエンジン冷却水温度と、前記経過時間タイマが測定した時間と、前記標高記憶手段が記憶する標高とをパラメータとして、前記エンジンを始動するときに、スロットル弁の開度を決定して、前記スロットル弁を制御するスロットル弁開度初期値決定プログラムと制御パラメータ最適値テーブルとを有することを特徴とするヒートポンプシステムのエンジン始動制御装置。
2. エンジンを圧縮機の駆動源とするヒートポンプシステムのエンジン始動制御装置において、
   外気温度センサと、
   冷却水温度センサと、
   前記ヒートポンプシステムが設置された場所の標高を記憶する標高記憶手段と、
   前記外気温度センサが測定した外気温度と、前記冷却水温度センサが測定したエンジン冷却水温度と、前記標高記憶手段が記憶する標高とをパラメータとして、前記エンジンを始動するときに、燃料弁の開度を決定して、前記燃料弁を制御する燃料弁開度初期値決定プログラムと前記制御パラメータ最適値テーブルとを有することを特徴とするヒートポンプシステムのエンジン始動制御装置。
3. エンジンを圧縮機の駆動源とするヒートポンプシステムのエンジン始動制御装置において、
   外気温度センサと、
   エンジンが停止してからの時間を測定する経過時間タイマと、
   前記外気温度センサが測定した外気温度と、前記経過時間タイマが測定した時間とをパラメータとして、前記エンジンを始動するときに、スタータをオン状態とする時間を決定して、前記スタータを制御する最大スタータオン時間決定プログラムと前記制御パラメータ最適値テーブルとを有することを特徴とするヒートポンプシステムのエンジン始動制御装置。

Images