JP2006064363A - エンジン駆動式空気調和装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンが過負荷状態にあるか否かを正確に判定し、エンジンの過負荷状態を適切に回避することができるエンジン駆動式空気調和装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】 空調負荷に応じてエンジンの回転数を可変制御し、このエンジンによって駆動される圧縮機から吐出された冷媒を循環させて空調運転を行うエンジン駆動式空気調和装置において、エンジンの回転数、燃料調整弁開度、スロットル開度を取得し（ステップＳ１）、取得した情報に基づいて、空調負荷に応じて制御されるエンジン１０が過負荷状態か否かを判定し（ステップＳ２）、エンジン１０が過負荷状態にあると判定すると、エンジンの負荷を低減するエンジン負荷低減制御（ステップＳ３〜Ｓ１０）を行うようにした。
【選択図】 図４

Description

本発明は、エンジンの回転数を可変制御し、このエンジンによって駆動される圧縮機から吐出された冷媒を循環させて空調運転を行うエンジン駆動式空気調和装置及びその制御方法に関わり、エンジンの過負荷制御に関する。

従来より、ガス等を燃料とするエンジンにより、室外ユニットの圧縮機を駆動して冷媒を圧縮・循環させる、いわゆるエンジン駆動式の空気調和装置が知られている。
この種のエンジン駆動式空気調和装置においては、空調負荷に応じてエンジン回転数を可変制御するものがあり、圧縮機の出口圧力、吸込圧力及び熱交換器の冷媒出入口の温度を測定し、この測定結果から圧縮機の軸出力を求め、この軸出力に基づいてエンジンが過負荷状態か否かを判定するものがある（例えば、特許文献１）。そして、過負荷状態であると判定すると、膨張弁を絞る等してエンジンの負荷を低減し、エンジン寿命の低下を回避するようにしている。
特開平６−１３７７０１号公報

ところで、上記のように圧縮機の軸出力からエンジン負荷を推定する場合、圧縮機の体積効率及び動力効率を考慮する必要がある。しかしながら、圧縮機の体積効率及び動力効率は一定ではなく、圧縮機の回転速度や冷媒圧力により無視できない程度の違いが生じ、エンジン負荷を精度良く推定することが難しい問題があった。

そこで、本発明の目的は、エンジンが過負荷状態にあるか否かを正確に判定し、エンジンの過負荷状態を適切に回避することができるエンジン駆動式空気調和装置及びその制御方法を提供することにある。

上述課題を解決するため、本発明は、空調負荷に応じてエンジンの回転数を可変制御し、このエンジンによって駆動される圧縮機から吐出された冷媒を、室外熱交換器と室内熱交換器との間で循環させて空調運転を行うエンジン駆動式空気調和装置において、前記エンジンの回転数、燃料調整弁開度、スロットル開度のすべて、或いはそのいずれかを取得し、取得した情報に基づいて、空調負荷に応じて制御される前記エンジンが過負荷状態にあるか否かを判定する判定手段と、前記エンジンが過負荷状態にあると判定すると、前記エンジンの負荷を低減するエンジン負荷低減制御を行う制御手段とを備えることを特徴とする。この発明では、エンジンの回転数、燃料調整弁開度、スロットル開度のすべて、或いはそのいずれかを取得し、取得した情報に基づいて、空調負荷に応じて制御されるエンジンが過負荷状態にあるか否かを判定するので、エンジンの現在の制御状態からエンジン負荷を判定でき、圧縮機の軸出力から間接的にエンジンが過負荷状態か否かを判定する従来のものに比して、エンジンが過負荷状態にあるか否かを精度良く判定できる。

上記発明において、エンジン回転数、燃料調整弁開度、スロットル開度のすべて、或いはそのいずれかと、前記エンジンのトルク値、イグニッション要求電圧及び空気過剰率の少なくともいずれかとをマップ化して記憶する記憶手段を備え、前記判定手段は、前記記憶手段に記憶された情報を参照して、前記取得した情報から前記エンジンのトルク値、イグニッション要求電圧及び空気過剰率の少なくともいずれかを特定し、この特定した値と予め設定した設定値との比較に基づいて、前記エンジンが過負荷状態にあるか否かを判定するようにしてもよい。

また、上記発明において、エンジン回転数、燃料調整弁開度及びスロットル開度のすべて、或いはそのいずれかから、前記エンジンのトルク値、イグニッション要求電圧、空気過剰率の少なくともいずれかを算出する算出式を記憶する記憶手段を備え、前記判定手段は、前記記憶手段に記憶された算出式を用いて、前記取得した情報から前記エンジンのトルク値、イグニッション要求電圧及び空気過剰率の少なくともいずれかを特定し、この特定した値と予め設定した設定値との比較に基づいて、前記エンジンが過負荷状態にあるか否かを判定するようにしてもよい。

また、上記発明において、前記制御手段は、前記エンジンが過負荷状態にあると判定すると、前記室外熱交換器及び室内熱交換器のうち、蒸発器として機能する熱交換器に対応する膨張弁の開度調整、前記室外熱交換器及び室内熱交換器のうち、凝縮器として機能する熱交換の冷却ファンの回転速度調整、前記エンジン回転数の調整、又は、冷媒高圧部と冷媒低圧部との間に設けられたバイパス管のバイパス弁の開度調整の少なくともいずれかを行うことが好ましい。この場合、前記制御手段は、前記蒸発器として機能する熱交換器に対応する膨張弁の開度調整時の下限値、前記凝縮器として機能する熱交換の冷却ファンの回転速度調整時の上限値、前記エンジン回転数の調整時の下限値、又は、前記バイパス弁の開度調整時の上限値を、空調負荷に応じて変更するようにしてもよい。

また、前記エンジン駆動による圧縮機と前記室外熱交換器とを有する複数台の室外ユニットを備え、運転中の室外ユニットにおいて、前記判定手段及び前記制御手段による制御が実行されても、そのエンジン過負荷状態が継続される場合、他の停止中の室外ユニットを運転してエンジン負荷を低減させるようにしてもよい。さらに、前記エンジン駆動による圧縮機と前記室外熱交換器とを有する互いに能力が異なる複数台の室外ユニットを備え、能力が小の運転中の室外ユニットにおいて、前記判定手段及び前記制御手段による制御が実行されても、そのエンジン過負荷状態が継続される場合、能力が大の室外ユニットの運転に切り替えるようにしてもよい。前記複数台の室外ユニットの各々に設けられた制御装置を制御するトータルコントロール装置を備え、このトータルコントロール装置が、前記判定手段及び前記制御手段による制御が実行されても、そのエンジン過負荷状態が継続される場合の前記制御を実行するようにしてもよい。

また、本発明は、空調負荷に応じてエンジンの回転数を可変制御し、このエンジンによって駆動される圧縮機から吐出された冷媒を、室外熱交換器と室内熱交換器との間で循環させて空調運転を行うエンジン駆動式空気調和装置の制御方法において、前記エンジンの回転数、燃料調整弁開度、スロットル開度のすべて、或いはそのいずれかを取得し、取得した情報に基づいて、空調負荷に応じて制御される前記エンジンが過負荷状態にあるか否かを判定し、前記エンジンが過負荷状態にあると判定すると、前記エンジンの負荷を低減するエンジン負荷低減制御を行うことを特徴とする。この発明によれば、エンジンの回転数、燃料調整弁開度、スロットル開度のすべて、或いはそのいずれかを取得し、取得した情報に基づいて、空調負荷に応じて制御されるエンジンが過負荷状態にあるか否かを判定するので、エンジンの現在の制御状態からエンジン負荷を判定でき、圧縮機の軸出力から間接的にエンジンが過負荷状態か否かを判定する従来のものに比して、エンジンが過負荷状態にあるか否かを精度良く判定することができる。

本発明は、エンジンの回転数、燃料調整弁開度、スロットル開度のすべて、或いはそのいずれかを取得し、取得した情報に基づいて、空調負荷に応じて制御されるエンジンが過負荷状態にあるか否かを判定し、エンジンが過負荷状態にあると判定すると、エンジンの負荷を低減するエンジン負荷低減制御を行うので、エンジンの現在の制御状態からエンジン負荷を判定することができる。このため、圧縮機の軸出力から間接的にエンジンが過負荷状態か否かを判定する従来のものに比して、エンジンが過負荷状態か否かを精度良く判定することができ、エンジンの過負荷状態を適切に回避することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。
図１は、本実施形態にかかるエンジン駆動式空気調和装置１００の構成を示す図である。このエンジン駆動式空気調和装置１００は、１台の室外ユニット１と複数台（例えば２台）の室内ユニット２ａ、２ｂとを、ガス管３ａ及び液管３ｂからなる冷媒配管（ユニット間配管）３で接続して構成される。また、エンジン駆動式空気調和装置１００は、当該空気調和装置１００の運転制御を行う制御装置４と、この制御装置４の運転指示等の操作を行う操作部５とを備えている。

この操作部５は、室内ユニット２ａ、２ｂの運転／停止等を行う、いわゆるリモート制御装置、或いは、これら室内ユニット２ａ、２ｂおよび室外ユニット１の各種設定や運転状態の確認が行える遠隔操作装置等である。なお、本実施形態では、エンジン駆動式空気調和装置１００には、単位体積当りの冷媒能力が高く圧力損失の少ない代替冷媒Ｒ４１０ａを循環させる構成としている。

室外ユニット１は室外に設置され、この室外ユニット１には、燃料ガスなどを燃焼させて駆動力を発生するエンジン１０と、このエンジン１０に図示しない駆動力伝達手段を介して接続され、上記代替冷媒Ｒ４１０ａを圧縮吐出する圧縮機１１と、冷媒の循環方向を反転させる四方弁１２と、冷媒と外気との熱交換を行わせる室外熱交換器１３と、冷媒の減圧を行う室外膨張弁１４と、圧縮機１１に吸込まれる冷媒の気液分離を行うアキュムレータ１５とが冷媒配管で接続されて収納されている。また、室外熱交換器１３には、この室外熱交換器１３に送風する室外ファン１６が隣接して配置されている。

室外ユニット１においては、冷媒高圧部（圧縮機１１の吐出側）と冷媒低圧部（図示の例ではアキュムレータ１５の手前）との間にバイパス管１７が接続され、このバイパス管１７にはバイパス弁（電動弁）１８が設けられている。このバイパス弁１８の開度を調整することにより、バイパス管１７を介して圧縮機１１から吐出された冷媒の一部が圧縮機１１の吸込側に導かれ、室外ユニット１と室内ユニット２ａ、２ｂとを循環する循環冷媒量が調整される。

さらに、この室外ユニット１には、室外ユニット１側の管（液管）１９を流れる液冷媒を圧縮機１１の吸込側に設けられたアキュムレータ１５の手前に適宜供給するためのリキッド管４０が設けられ、このリキッド管４０にはリキッド弁（電動弁）４１が設けられている。このリキッド弁４１は、通常閉じており、圧縮機１１の吐出冷媒が所定温度（冷媒の種類によるが例えば１１５℃等）を超えた場合に開かれ、室外ユニット１側の管１９から温度の低い液冷媒をアキュムレータ１５の手前側に供給する。これにより、圧縮機１１に吸い込まれるガス冷媒の温度が低下し、圧縮機１１の吐出冷媒の過熱防止が図られることとなる。

室内ユニット２ａ、２ｂには、これら室内ユニット２ａ、２ｂが据え付けられた室内の室内空気と冷媒との熱交換を行う室内熱交換器２０ａ、２０ｂと、各室内ユニット２ａ、２ｂへ流入する冷媒の冷媒量を制御する室内膨張弁２１ａ、２１ｂとが、各々冷媒配管で接続されて収納されている。上記室内熱交換器２０ａ、２０ｂには、これらの室内熱交換器２０ａ、２０ｂへ送風する室内ファン２２ａ、２２ｂがそれぞれ隣接して配置されている。

圧縮機１１を駆動するエンジン１０の燃焼室には、エンジン燃料供給装置３１から燃料と空気の混合気が供給される。このエンジン燃料供給装置３１は、燃料供給配管３２に、燃料遮断弁３３、ゼロガバナ３４、燃料調整弁３５及びスロットルバルブ３６が順次配設され、このスロットルバルブ３６は、エンジン１０の上記燃焼室に接続されている。燃料遮断弁３３は、閉鎖型の燃料遮断弁機構を構成し、燃料遮断弁３３が全閉または全開し、燃料ガスの漏れのない遮断と連通とを択一に実施する。

図２は、制御装置４の構成を示すブロック図である。制御装置４は、エンジン１０及び圧縮機１１への運転指示設定等を行う設定部４７と、エンジン駆動式空気調和装置１００の各種設定や、制御用プログラム、制御用データ及びデータベース５０（図３）等を記憶するＥＥＰＲＯＭ（記憶手段）４２と、このＥＥＰＲＯＭ４２内の制御用プログラム等に基づいてエンジン駆動式空気調和装置１００の全体を制御するＣＰＵ４３と、各種データを一時的に格納するＲＡＭ４４と、操作部５との通信を行う送受信部４５と、エンジン駆動式空気調和装置１００の各部と信号を送受するためのインターフェース（Ｉ／Ｆ）４６とを備えている。

制御装置４は、このＩ／Ｆ４６を介して、さらに、エンジン１０の回転数を検出する回転数検出器（図示せず）、及び温度センサ（室内温度を計測する室内温度センサ（図示せず）、熱交換器１３、２０ａ、２０ｂの冷媒出入口温度を測定する温度センサ（図示せず）、室内ユニット２ａ、２ｂの室内ファン２２ａ、２２ｂによる吹出温度を計測する温度センサ２３ａ、２３ｂ等）と接続され、エンジン回転数や各箇所の温度を取得可能に構成されている。
この制御装置４は、上記操作部５が操作されると、室外ユニット１におけるエンジン１０、四方弁１２、室外膨張弁１４及び室外ファン１６、並びに室内ユニット２ａ、２ｂにおける室内膨張弁２１ａ、２１ｂ及び室内ファン２２ａ、２２ｂをそれぞれ制御する。

具体的には、制御装置４は、四方弁１２を切り替えることにより、当該空気調和装置１００を冷房運転又は暖房運転に設定する。つまり、四方弁１２を冷房側に切り替えたときには、冷媒が破線矢印の如く流れ、室外熱交換器１３が凝縮器に、室内熱交換器２０ａ、２０ｂが蒸発器として機能して冷房運転状態となり、各室内熱交換器２０ａ、２０ｂが室内を冷房する。また、制御装置４が四方弁１２を暖房側に切り替えたときには、冷媒が実線矢印の如く流れ、室内熱交換器２０ａ、２０ｂが凝縮器に、室外熱交換器１３が蒸発器として機能して暖房運転状態となり、各室内熱交換器２０ａ、２０ｂが室内を暖房する。

また、制御装置４は、操作部５で設定された設定温度と、室内温度センサにより取得した室内温度との差等に基づいて、上記燃料調整弁３５及びスロットルバルブ３６の開度（燃料調整弁開度、スロットル開度）を制御してエンジン１０の回転数を可変制御し、また、熱交換器１３、２０ａ、２０ｂの冷媒出入口温度の差に基づいて、室外膨張弁１４及び室内膨張弁２１ａ、２１ｂの開度を制御する。

上記空調運転中においては、制御装置４は、空調負荷に応じて制御されるエンジン１０が過負荷状態か否かを判定し、過負荷状態にある場合はエンジン負荷を低減する処理（エンジン負荷低減処理）を実行する。本実施形態では、エンジン１０のエンジン回転数、燃料調整弁開度及びスロットル開度といったエンジン１０の現在の制御状態を示す情報（制御情報）を取得し、この情報に基づいてデータベース５０を参照し、エンジン１０が過負荷状態か否かを判定することとしている。図３は、データベース５０の一例を図である。

データベース５０には、エンジン回転数、燃料調整弁開度、スロットル開度、エンジン１０のトルク値、エンジン熱効率、ＩＧ（イグニッション）要求電圧、燃料ガス流量、及びλ（空気過剰率）が対応づけて記述されている。このうち、エンジン回転数、燃料調整弁開度及びスロットル開度は、エンジン１０の制御中に測定可能な情報であり、トルク値、ＩＧ要求電圧及びλは、エンジン１０が過負荷状態にあるか否かを判定するための情報である。つまり、トルク値が過大であるとエンジンの耐久性が落ちる、ＩＧ要求電圧が高いとコイル寿命が低下する、λが小さくなるとノッキングが発生しエンジン破損を招くおそれが生じる、といったエンジン負荷が高い状況を特定するための情報（負荷特定情報）である。また、エンジン熱効率は、省エネ運転の際に、エンジン熱効率の良い回転速度で運転しているか否かを判断するために用いる情報である。また、燃料ガス流量は、ガスデマンドコントロールや省エネ運転の際に利用するのが好適な情報である。

このデータベース５０は、例えば、エンジン１０に負荷として１、３、５、７、９、１１、１３（ｋｇ・ｍ）のトルクを加え、各々のトルクについて１０００（ｒｐｍ）でエンジン１０が回転するように燃料調整弁開度、スロットル開度を調整し、その状態における燃料調整弁開度、スロットル開度、燃料ガス流量、トルク値、エンジン熱効率、ＩＧ要求電圧、燃料ガス流量及びλを計測等によって求める。同様にエンジン回転数１２００（ｒｐｍ）、１４００（ｒｐｍ）・・・２０００（ｒｐｍ）についても、各トルクでの燃料調整弁開度、スロットル開度、燃料ガス流量、エンジン熱効率、ＩＧ要求電圧、燃料ガス流量及びλを計測等によって求め、これらの計測データをマップ化することによって作成され、制御装置４のＥＥＰＲＯＭ４２に記憶される。なお、実測する場合に限らず、このようにエンジン１０の運転状況を様々に変化させた場合の各値をシミュレーション等によって求め、これらのデータから上記データベース５０を作成するようにしてもよい。

図４は、かかるエンジン負荷低減処理を示すフローチャートである。
まず、制御装置４は、現在のエンジン回転数、燃料調整弁開度、スロットル開度を取得し、ＥＥＰＲＯＭ４２に記憶されたデータベース５０を参照して、取得したエンジン回転数、燃料調整弁開度、スロットル開度から、現在のトルク値、ＩＧ要求電圧及びλを取得する（ステップＳ１）。この場合、データベース５０から直接、トルク値、ＩＧ要求電圧及びλを特定できない場合は、現在のエンジン回転数、燃料調整弁開度、スロットル開度に近い運転状況から補完計算をすることによって、トルク値、ＩＧ要求電圧及びλを取得する。

次いで、制御装置４は、取得したトルク値、ＩＧ要求電圧及びλに基づいて、エンジン１０が過負荷状態か否かを判定する（ステップＳ２）。具体的には、制御装置４は、トルク値が予め設定したトルク上限値より高いか否か、ＩＧ要求電圧が予め設定した電圧上限値より高いか否か、λが予め設定したλ下限値より小さいか否かを判定し、いずれかに該当すれば、エンジン１０が過負荷状態にあると判定し、いずれにも該当しなければエンジン１０は過負荷状態にないと判定する。

エンジン１０が過負荷状態にあると判定すると（ステップＳ２：YES）、制御装置４は、エンジン１０の負荷を低減するエンジン負荷低減制御を行う。
詳述すると、制御装置４は、まず、蒸発器側の膨張弁（冷房運転時は室内膨張弁２１ａ、２１ｂ、暖房運転時は室外膨張弁１４）の開度が、予め設定した下限値Ｌ１と一致するか否かを判定する（ステップＳ３）。そして、下限値Ｌ１と一致しない場合（下限値Ｌ１より大の場合）、制御装置４は、膨張弁開度を所定量小さくする（ステップＳ４）。ここで、下限値Ｌ１は、空調性を著しく低下しない膨張弁開度の下限値であり、空調性を著しく低下させない範囲で膨張弁開度を小さくすることにより、冷媒循環量を少なくし、エンジン負荷を低減することができる。

制御装置４は、膨張弁開度を小さくした後、或いは、エンジン１０が過負荷状態にないと判定すると、ステップＳ１の処理に移行することにより、エンジン１０が過負荷状態か否かを継続的に判定するようになっている。このため、制御装置４は、エンジン１０が過負荷状態にあると判定される毎に、蒸発器膨張弁の開度を徐々に小さくしてエンジン負荷を徐々に低減させていく。それでもエンジン１０が過負荷状態にあると判定され、蒸発器膨張弁の開度が下限値Ｌ１まで小さくなると（ステップＳ３：下限値Ｌ１）、ステップＳ５の処理に移行する。

ステップＳ５の処理において、制御装置４は、凝縮器側のファン（冷房運転時は室外ファン１６、暖房運転時は室内ファン２２ａ、２２ｂ）の回転速度が、予め設定した上限値Ｕ２と一致するか否かを判定し、一致しない場合（上限値Ｕ２より小の場合）は、ファンの回転速度を所定量大きくする（ステップＳ６）。ここで、上限値Ｕ２は、ファンの許容上限回転速度、或いは、ファンによる騒音が許容範囲内の上限回転速度に設定されている。このようにファンの回転速度を大きくすることにより、凝縮圧力を向上させ、エンジン１０の負荷を低減することができる。

ファンの回転速度を大きくした後、制御装置４は、ステップＳ１の処理に移行することにより、エンジン１０が過負荷状態にあると再度判定する毎に、ファンの回転速度を徐々に大きくする。それでもエンジン１０が過負荷状態にあると判定され、ファンの回転速度が上限値Ｕ２に至ると（ステップＳ５：上限値Ｌ２）、制御装置４は、ステップＳ７の処理に移行する。

ステップＳ７の処理において、制御装置４は、エンジン回転数が予め設定した下限値Ｌ３と一致するか否かを判定し、下限値Ｌ３と一致しない場合（下限値Ｌ３より大の場合）は、エンジン回転数を所定量小さくする（ステップＳ８）。ここで、下限値Ｌ３は、空調性を著しく低下することがないエンジン回転数に設定されている。このようにエンジン回転数を落とすことにより、圧縮機１１の圧縮比が下がり、エンジン負荷を低減できる。

エンジン１０の回転数を落とした後、制御装置４は、ステップＳ１の処理に移行することにより、エンジン１０が過負荷状態にあると再度判定する毎に、エンジン回転数を徐々に落とし、それでもエンジン１０が過負荷状態にあると判定され、エンジン回転数が下限値Ｌ３に至ると（ステップＳ７：下限値Ｌ３）、制御装置４は、ステップＳ９の処理に移行する。

ステップＳ９の処理において、制御装置４は、バイパス弁１８の開度が予め設定した上限値Ｌ４と一致するか否かを判定し、一致しない場合（上限値Ｌ４より小の場合）は、バイパス弁１８の開度を所定量大きくする（ステップＳ１０）。ここで、上限値Ｌ４は、空調性が著しく低下することがないバイパス弁開度に設定される。このようにバイパス弁１８を開くことにより、圧縮機１１の圧縮比が下がり、エンジン負荷を低減できる。

バイパス弁１８を開いた後、制御装置４は、ステップＳ１の処理に移行することにより、エンジン１０が過負荷状態にあると再度判定する毎に、バイパス弁１８の開度を徐々に大きくし、それでもエンジン１０が過負荷状態にあると判定される場合は、バイパス弁１８の開度を最終的に上限値Ｌ４まで大きくする。

このように、エンジン１０が過負荷状態に至ると、蒸発器側の膨張弁開度調整、凝縮器ファンの速度調整、エンジン回転数の調整、バイパス弁開度の調整を順次実行することにより、いずれかの段階で、エンジン１０を過負荷状態から通常の負荷状態に戻すことができる。但し、全ての段階を実行してもエンジン１０が過負荷状態にあると判定される場合は、取得したエンジン回転数、燃料調整弁開度、スロットル開度に誤りがある等の何らかの異常が生じている場合が考えられるため、制御装置４は、所定の警告を放置する等の処理を実行することが好ましい。

ところで、上記下限値Ｌ１、上限値Ｌ２、下限値Ｌ３及び上限値Ｌ４は、空調性を著しく低下させない蒸発器膨張弁開度、凝縮器ファンの速度、エンジン回転数、バイパス弁開度に設定されるが、これら値を固定値とすると、例えば、上記下限値Ｌ１を空調負荷が大の場合に合わせて設定すると、空調負荷が小の場合は、膨張弁開度をその下限値Ｌ１よりもっと低い値にしても空調性を著しく低下させることなくエンジン負荷を低減できる等の場合が生じ、エンジン負荷の調整量が制限されてしまう。

そこで、本実施形態では、制御装置４が、現在の空調負荷に応じて上記下限値Ｌ１、上限値Ｌ２、下限値Ｌ３及び上限値Ｌ４を変更する制御を行う。具体的には、制御装置４は、例えば、温度センサ２３ａ、２３ｂにより、室内ユニット２ａ、２ｂの吹出温度を取得し、この吹出温度に応じて各値Ｌ１〜Ｌ４を変更する制御を行う。例えば、冷房時に、吹出温度が８℃以下の場合、８℃〜１２℃の場合、１２℃〜１６℃の場合、１６℃以上の場合のいずれの条件に該当するかを判断し、各条件に応じて各値Ｌ１〜Ｌ４を変更する。これにより、空調性を著しく低下させない範囲で、蒸発器膨張弁の開度、凝縮器ファンの速度、エンジン回転数、バイパス弁開度の各変更幅を広く確保することができ、すなわち、エンジン負荷の調整量を充分に確保することができ、より確実にエンジン１０を過負荷状態から回避させることが可能となる。

以上説明したように、本実施形態のエンジン駆動式空気調和装置１００においては、エンジン回転数、燃料調整弁開度、スロットル開度に基づいてエンジン１０が過負荷状態にあるか否かを判定することにより、エンジン１０の現在の制御状態からエンジン負荷を判定でき、圧縮機の軸出力から間接的にエンジンが過負荷状態にあるか否かを判定する従来のものに比して、エンジン１０が過負荷状態にあるか否かを精度良く判定することができる。

また、エンジン１０が過負荷状態の場合は、蒸発器側膨張弁の開度を下限値Ｌ１まで絞る、凝縮器ファンの速度を上限値Ｌ２まで大きくする、エンジン回転数を下限値Ｌ３まで小さくする、バイパス弁１８の開度を上限値Ｌ４まで大きくする、といった順でエンジン負荷を低減させることにより、一般的にエンジン負荷低減の際に実行される蒸発器側膨張弁開度の制御を優先してエンジン負荷を低減させることができ、かつ、エンジン１０を過負荷状態から確実に回避させることが可能となる。

さらに、上記各値Ｌ１〜Ｌ４を空調負荷に応じてリアルタイムに変化させるため、空調性を著しく低下させることなくエンジン負荷の調整量を広く確保することができ、より確実にエンジン１０を過負荷状態から回避させることが可能となる。

つぎに、別の実施形態を説明する。
この実施形態では、図５に示すように、上記室内ユニット２ａ，２ｂの他に、室内ユニット２ａ，２ｂと略同様構成の２台の室内ユニット２ｃ，２ｄと、室外ユニット１と略同様構成の室外ユニットＡを備え、さらに、この室外ユニットＡには、能力が異なる別の２台の室外ユニットＢ，Ｃを並列にマルチ接続して構成されている。
各室外ユニットＡ，Ｂ，Ｃには、各々、制御装置４Ａ，４Ｂ，４Ｃが接続され、これら制御装置４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、上述した実施形態における制御装置４と実質的に略同一機能を有している。そして、各制御装置４Ａ，４Ｂ，４Ｃには、トータルコントロール装置２００が接続されている。

図６は、この実施形態の処理フローを示す。
運転中の室外ユニット（ここでは室外ユニットＡとする。）の負荷が、過負荷状態にあるか否かが、制御装置（判定手段）４Ａにより判定され（ステップＳ２１）、過負荷状態にあると判定されれば、図４のステップＳ３〜ステップＳ１０の処理と同様処理による、エンジン負荷低減制御が実行される（ステップＳ２２）。
エンジン負荷低減制御の実行後に、過負荷が所定時間継続するか否かが判定され（ステップＳ２３）、所定時間継続した場合、運転中の室外ユニットＡの能力が、他の停止中の室外ユニットＢ，Ｃの能力と比較される（ステップＳ２４）。この比較以降の制御は、トータルコントロール装置２００が司る。

運転中の室外ユニットＡの能力の方が小さいと判定されれば、過負荷が継続する室外ユニットＡの運転を停止、或いは能力を大きくダウンし、停止中の室外ユニットＢ，Ｃのいずれかに運転を切り替え（ステップＳ２５）、以後、この室外ユニットＢ，Ｃの運転制御を実行する（ステップＳ２６）。
能力がＡ＜Ｂ＜Ｃに設定されている場合、まず、室外ユニットＢの運転に切り替え、この室外ユニットＢの運転でも過負荷に至った時点で、室外ユニットＣの運転に切り替えてもよい。或いは、過負荷状況を検出し、この状況によっては、一気に、室外ユニットＣの運転に切り替えてもよい。

運転中の室外ユニットＡの能力が小さいと判定されれば、過負荷が継続する室外ユニットＡの運転を継続しつつ、停止中の室外ユニットＢ，Ｃのいずれかを運転する（ステップＳ２７）。そして、いずれかの室外ユニットＢ，Ｃの運転開始の結果、エンジン過負荷が減少したか否かが判定され（ステップＳ２８）、この場合には、エンジン過負荷が減少するまで、２台同時併用の運転が実行され、過負荷が減少に至った時点で、室外ユニットＡの単独運転に戻される（ステップＳ２９）。
能力がＡ＜Ｂ＜Ｃに設定されている場合、まず、室外ユニットＢの同時併用運転に切り替え、この室外ユニットＢの同時併用運転でも過負荷に至れば、室外ユニットＢの運転を停止させて、室外ユニットＣの同時併用運転に切り替えてもよい。
或いは、過負荷状況を検出して、この状況によっては、一気に、室外ユニットＣの同時併用運転に切り替えてもよい。

図１の実施形態では、全ての制御段階を実行してもエンジン１０が過負荷状態から抜け出さない場合、何らかの異常有りとして、制御装置４は、上述したように、所定の警告を放置する等の処理を実行したが、この実施形態では、他の室外ユニットへの運転切り替え、或いは他の室外ユニットとの同時併用運転への切り替えを実行することで、エンジン負荷低減を図るため、空調運転の継続が担保される。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施形態で示して各設定値や配管構成はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態では、エンジン回転数、燃料調整弁開度、スロットル開度の全てを取得し、これら情報に基づいてエンジン１０が過負荷状態か否かを判定する場合について例示したが、エンジン回転数、燃料調整弁開度、スロットル開度のいずれかを取得し、この情報に基づいてエンジン１０が過負荷状態か否かを判定するようにしてもよい。この場合も、エンジン１０の実際の状態（制御状態）からエンジン１０が過負荷状態か否かを判定するので、圧縮機の軸出力から間接的にエンジンが過負荷状態か否かを判定する従来のものに比して、エンジン１０が過負荷状態か否かを精度良く判定することができる。

また、本実施形態では、エンジン回転数、燃料調整弁開度、スロットル開度、エンジン１０のトルク値、エンジン熱効率、ＩＧ要求電圧、燃料ガス流量及びλをマップ化して記憶した記憶手段を備える構成としたが、エンジン熱効率及び燃料ガス流量は省略してもよく、また、人の脳の構造をまねて作った情報処理機構であるニューラルネットワークを利用して、予めエンジン回転数、燃料調整弁開度、スロットル開度、トルク値、ＩＧ要求電圧及びλを測定して得た実験データを学習することにより、エンジン回転数、燃料調整弁開度およびスロットル開度の全て、或いはいずれかから、トルク値、ＩＧ要求電圧及びλの少なくともいずれかを算出する算出式を記憶する記憶手段を備える構成としてもよい。これによれば、ＥＥＰＲＯＭ４２の使用量を抑えることができる。

また、本実施形態では、エンジン１０が過負荷状態の場合、蒸発器側の膨張弁開度調整、凝縮器ファンの速度調整、エンジン回転数の調整、バイパス弁開度の調整を順次実行する場合について例示したが、これらエンジン負荷低減制御を全て行う必要は必ずしもなく、いずれか１つ或いは複数の制御だけを行うようにしてもよい。

本実施形態にかかるエンジン駆動式空気調和装置の構成を示す図である。 制御装置の構成を示すブロック図である。 データベースを説明する図である。 エンジン負荷低減処理を示すフローチャートである。 別の実施形態にかかる空気調和装置の構成を示す図である。 エンジン負荷低減処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ エンジン駆動式空気調和装置
１ 室外ユニット
Ａ，Ｂ，Ｃ 室外ユニット
２ａ、２ｂ 室内ユニット
４ 制御装置
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 制御装置
５ 操作部
１０ エンジン
１１ 圧縮機
１３ 室外熱交換器
１４ 室外膨張弁
１７ バイパス管
１８ バイパス弁
２０ａ、２０ｂ 室内熱交換器
２１ａ、２１ｂ 室内膨張弁
２２ａ、２２ｂ 室内ファン
３１ エンジン燃料供給装置
５０ データベース
２００ トータルコントロール装置

Claims (9)

1. 空調負荷に応じてエンジンの回転数を可変制御し、このエンジンによって駆動される圧縮機から吐出された冷媒を、室外熱交換器と室内熱交換器との間で循環させて空調運転を行うエンジン駆動式空気調和装置において、
   前記エンジンの回転数、燃料調整弁開度、スロットル開度のすべて、或いはそのいずれかを取得し、取得した情報に基づいて、空調負荷に応じて制御される前記エンジンが過負荷状態にあるか否かを判定する判定手段と、
   前記エンジンが過負荷状態にあると判定すると、前記エンジンの負荷を低減するエンジン負荷低減制御を行う制御手段と
   を備えることを特徴とするエンジン駆動式空気調和装置。
2. エンジン回転数、燃料調整弁開度、スロットル開度のすべて、或いはそのいずれかと、前記エンジンのトルク値、イグニッション要求電圧及び空気過剰率の少なくともいずれかとをマップ化して記憶する記憶手段を備え、
   前記判定手段は、前記記憶手段に記憶された情報を参照して、前記取得した情報から前記エンジンのトルク値、イグニッション要求電圧及び空気過剰率の少なくともいずれかを特定し、この特定した値と予め設定した設定値との比較に基づいて、前記エンジンが過負荷状態にあるか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項１記載のエンジン駆動式空気調和装置。
3. エンジン回転数、燃料調整弁開度及びスロットル開度のすべて、或いはそのいずれかから、前記エンジンのトルク値、イグニッション要求電圧、空気過剰率の少なくともいずれかを算出する算出式を記憶する記憶手段を備え、
   前記判定手段は、前記記憶手段に記憶された算出式を用いて、前記取得した情報から前記エンジンのトルク値、イグニッション要求電圧及び空気過剰率の少なくともいずれかを特定し、この特定した値と予め設定した設定値との比較に基づいて、前記エンジンが過負荷状態にあるか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項１記載のエンジン駆動式空気調和装置。
4. 前記制御手段は、前記エンジンが過負荷状態にあると判定すると、前記室外熱交換器及び室内熱交換器のうち、蒸発器として機能する熱交換器に対応する膨張弁の開度調整、前記室外熱交換器及び室内熱交換器のうち、凝縮器として機能する熱交換の冷却ファンの回転速度調整、前記エンジン回転数の調整、又は、冷媒高圧部と冷媒低圧部との間に設けられたバイパス管のバイパス弁の開度調整の少なくともいずれかを行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のエンジン駆動式空気調和装置。
5. 前記制御手段は、前記蒸発器として機能する熱交換器に対応する膨張弁の開度調整時の下限値、前記凝縮器として機能する熱交換の冷却ファンの回転速度調整時の上限値、前記エンジン回転数の調整時の下限値、又は、前記バイパス弁の開度調整時の上限値を、空調負荷に応じて変更することを特徴とする請求項４記載のエンジン駆動式空気調和装置。
6. 前記エンジン駆動による圧縮機と前記室外熱交換器とを有する複数台の室外ユニットを備え、運転中の室外ユニットにおいて、前記判定手段及び前記制御手段による制御が実行されても、そのエンジン過負荷状態が継続される場合、他の停止中の室外ユニットを運転してエンジン負荷を低減させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のエンジン駆動式空気調和装置。
7. 前記エンジン駆動による圧縮機と前記室外熱交換器とを有する互いに能力が異なる複数台の室外ユニットを備え、能力が小の運転中の室外ユニットにおいて、前記判定手段及び前記制御手段による制御が実行されても、そのエンジン過負荷状態が継続される場合、能力が大の室外ユニットの運転に切り替えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のエンジン駆動式空気調和装置。
8. 前記複数台の室外ユニットの各々に設けられた制御装置を制御するトータルコントロール装置を備え、このトータルコントロール装置が、前記判定手段及び前記制御手段による制御が実行されても、そのエンジン過負荷状態が継続される場合の前記制御を実行することを特徴とする請求項６又は７記載のエンジン駆動式空気調和装置。
9. 空調負荷に応じてエンジンの回転数を可変制御し、このエンジンによって駆動される圧縮機から吐出された冷媒を、室外熱交換器と室内熱交換器との間で循環させて空調運転を行うエンジン駆動式空気調和装置の制御方法において、
   前記エンジンの回転数、燃料調整弁開度、スロットル開度のすべて、或いはそのいずれかを取得し、取得した情報に基づいて、空調負荷に応じて制御される前記エンジンが過負荷状態にあるか否かを判定し、
   前記エンジンが過負荷状態にあると判定すると、前記エンジンの負荷を低減するエンジン負荷低減制御を行う
   ことを特徴とするエンジン駆動式空気調和装置の制御方法。

Images