JP2006291766A

JP2006291766A - エンジン駆動作業装置とその運転方法

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Publication number: JP2006291766A
Application number: JP2005110690A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Shijo; 敏和紙上; Hiromoto Shimaya; 宏基嶋屋; Shinichiro Tochio; 信一郎栃尾
Original assignee: Nishishiba Electric Co Ltd
Current assignee: Nishishiba Electric Co Ltd
Priority date: 2005-04-07
Filing date: 2005-04-07
Publication date: 2006-10-26

Abstract

【課題】各運転状態において最適な制御を行って、効率的なエンジン駆動作業装置及びそのエンジン駆動作業運転方法を提供する。
【解決手段】エンジンと、前記エンジンの排気ガスによって駆動され圧縮空気を供給する過給機と、前記過給機によって供給される圧縮空気を冷却して前記エンジンに供給する空気冷却器と、前記空気冷却器と並列に設置され，前記エンジンの冷却水を冷却する放熱器と、前記空気冷却器と前記放熱器へ冷却空気を供給し回転方向および回転速度を可変とする冷却ファンと、前記エンジンによって駆動される作業機と、前記エンジンおよび前記作業機を制御する制御装置を備えたエンジン駆動作業装置において、前記制御装置は、前記エンジンの冷却水温度と圧縮空気温度を測定し、前記エンジンの冷却水温度と圧縮空気温度を設定値に合致させるように前記冷却ファンの回転数を制御するので、運転状態に応じて冷却ファンの最適制御を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン駆動作業装置に係り、特にエンジンに過給機を備えたエンジン駆動作業装置とその運転方法に関する。

従来のエンジン駆動作業装置は、エンジンの冷却水を冷却する放熱器と、過給機が供給する圧縮空気を冷却する空気冷却器を装備している。このような構成の従来のエンジン駆動作業装置を図を参照して説明する。

図７は従来のエンジン駆動作業装置の内部構成を上から見た平面図、図８はその側面図である。これらの図に示すように、従来のエンジン駆動作業装置は、エンジン１と、エンジン１によって駆動される作業機２と、エンジン１および作業機２を制御する制御盤３と、エンジン駆動作業機を構成する機器を収納し風雨から保護する筐体４とを装備している。過給機５は、排気集合管６によってエンジン１の排気口に接続されていて、排気集合管６によって集められたエンジン１の排気ガスによって駆動され、吸気フィルタ７および管８を介して燃焼用の空気を吸引し圧縮して高密度にする機能を備えている。過給機５を出た排気ガスは、管９によって消音器１０に導かれ音の大きさを減衰させ、排気管１１内を通って大気へ放出される。過給機５によって断熱圧縮された燃焼用空気は１５０〜２５０℃の高温状態であり、管１２によって導かれ、空気冷却器１３に設置された冷却ファン１４によって送風される冷却空気１５と熱交換し、４０〜１００℃に冷却されてから、管１６および吸気集合管１７を経てエンジン１に供給される。この場合、空気冷却器１３により燃焼用空気を冷却することで燃焼用空気の密度が増加するので、空気冷却器１３を装備しない場合よりも、エンジン１の効率は２〜５％向上し、定格出力も１５〜２５％向上する。

エンジン１から送り出される８０〜１００℃になった冷却水が、管１８によって放熱器１９に導かれ、冷却空気２０と熱交換し７０〜９０℃に冷やされ、管２１によって再びエンジン１に供給される。作業機２はエンジン駆動作業装置が設置される場所および用途によって空気圧縮機、発電機、溶接機等が選択される。エンジン１には作業機２が接続されており所望の作業ができるようになっている。制御盤３はエンジン１および作業機２をエンジン駆動作業装置の状態に応じて適切な状態に保つ制御を行っている。筐体４はエンジン駆動作業装置を構成する機器を収納し、風雨から保護すると同時に、筐体４内に取り込まれた空気が適切な順路を通って排出されるように通風路の役割も兼ね備えている。図中の矢印は空気の流れを示している。

従来のエンジン駆動作業装置においては、例えば特許文献１に示すように、空気冷却器１３および放熱器１９を設置した空間と、エンジン１、作業機２および制御盤３を設置した空間を分離し、それぞれ冷却ファン１４および換気扇２２で冷却を行うようにしている。冷却空気１５は筐体４の側面に設けられた空気取入口２３から吸込み、冷却ファン１４により上方に排出されるようになっている。同様に、冷却空気２０も空気取入口２４から吸込み、筐体４の上方に排出するようになっている。冷却ファン１４および換気扇２２は１台あるいは複数台でもよく、また、冷却ファン１４は回転方向および回転速度を可変できるものが用いられている。

従来のエンジン駆動作業装置は上記のように構成されているので、外気温の変化や負荷変動時には冷却空気１５または２０、エンジン冷却水の温度変動に対して検知機能を持っておらず、従って冷却空気１５および２０が必要以上に供給されることがあり、冷却ファン１４を過剰に稼働させることとなってエンジン駆動作業装置の効率低下を招くという問題があった。

このような問題を解決するために、特許文献２には、冷却液の温度を検出してこの検出温度に対応するようにラジエータ冷却機構の電動機の出力をインバータ制御するコージェネレーションシステムのファン制御装置が、開示されている。しかし、この場合においても、外気温の変化が大きい場合や負荷変動時には冷却ファンを過剰に稼働させることになり、効率低下を招くという問題があった。
特願２００４−１４２４８２特願２００４−１１６３０８

前述したように、従来のエンジン駆動作業装置では周囲環境、特に外気温の変化が大きい場合や負荷変動が大きい場合、筐体内の冷却空気温度や冷却液体温度を制御するのみでは、どうしても冷却ファンを過剰に稼働させることが分かってきた。そこで、過給機によって供給される圧縮空気に着目して、その温度を冷却空気や冷却液体と共に所定値に制御することによって、冷却ファンを効率よく稼働させることを実験により知ることができた。

本発明はこのような知見に基づいてなされたもので、その目的は、外気温の変化や負荷が変動する運転状態においても冷却ファンの最適な制御を行い得る効率的なエンジン駆動作業装置及びそのエンジン駆動作業運転方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１は、エンジンと、前記エンジンの排気ガスによって駆動され圧縮空気を供給する過給機と、前記過給機によって供給される圧縮空気を冷却して前記エンジンに供給する空気冷却器と、前記空気冷却器と並列に設置され，前記エンジンの冷却水を冷却する放熱器と、前記空気冷却器と前記放熱器へ冷却空気を供給し回転方向および回転速度を可変とする冷却ファンと、前記エンジンによって駆動される作業機と、前記エンジンおよび前記作業機を制御する制御装置を備えたエンジン駆動作業装置において、前記制御装置はエンジンの冷却水温度と圧縮空気温度を測定し、前記エンジンの冷却水温度と圧縮空気温度を設定値に合致させるように前記冷却ファンの回転数を制御することを特徴とする。

本発明の請求項２は、請求項１記載のエンジン駆動作業装置において、前記空気冷却器と前記放熱器を別室に配置し、それぞれに対応する冷却ファンを設けたことを特徴とする。
本発明の請求項３は、請求項１または請求項２記載のエンジン駆動作業装置において、前記冷却ファンの排気側にファンダクトおよび防水シャッターを配置したことを特徴とする。

本発明の請求項４は、請求項３記載のエンジン駆動作業装置において、前記冷却ファンを、作業装置起動時には停止し、作業装置停止時には最高回転数で運転することを特徴とする。

本発明によれば、エンジンの冷却水温度と圧縮空気温度を設定値に合致させるように冷却ファンを制御しているので、各運転状態において最適な制御を行うことが可能となり、効率的なエンジン駆動作業装置とその方法を提供することができる。

以下、本発明の最良の実施の形態を図を参照して説明する。
（第１実施例）
図１は本発明の第１実施例であるエンジン駆動作業装置の内部構成を上から見た平面図、図２は図１の側面図であり、本実施例が従来のエンジン駆動作業装置である図７および図８と相違する構成は、エンジン冷却水の温度を測定し、その測定温度を電圧または電流その他の電機信号に変換して制御盤３へ伝達する冷却水温度検出器２５、および圧縮空気の温度を測定し、その測定温度を電圧または電流その他の電気信号に変換して制御盤３へ伝達する圧縮空気温度検出器２６を設置した点であり、その他の構成は同一であるので、同一構成部分には同一符号を付して説明する。

次に、本実施例の作用について説明する。
エンジン駆動作業装置が稼働中は、冷却水温度検出器２５および圧縮空気温度検出器２６は常に冷却水温と圧縮空気温度を検出しており、これらの信号を制御盤３に送っている。制御盤３ではエンジン１の出力毎に効率が最も高くなる冷却水温と圧縮空気温度の設定値が設定されており、これらの温度がその設定値になるように冷却ファン１４の回転数を変化させて冷却風量を調整する。冷却ファン１４は設定場所や周囲状況に応じて複数台設置する。
本実施例においては、運転状態に応じて最適な制御を行うことが可能となるので、効率的なエンジン駆動作業装置を提供することができる。

（第２実施例）
図３は本発明の第２実施例であるエンジン駆動作業装置の内部構成を上から見た平面図、図４は図３の側面図である。

本実施例が図１の第１実施例と相違する構成は、空気冷却器１３と放熱器１９を別室に配置すべく隔壁２７を設けたことと、各室毎に冷却ファン（空気冷却室冷却ファン２８、放熱器室冷却ファン２９）を設けた点であり、その他の構成は同一であるので、同一構成部分には同一符号を付して説明する。

次に、本実施例の作用について説明する。
エンジン駆動作業装置が稼働中は、冷却水温度検出器２５および圧縮空気温度検出器２６は常に冷却水温と圧縮空気温度を検出しており、これらの信号を制御盤３に送っている。制御盤３ではエンジン１の出力毎に効率が最も高くなる冷却水温と圧縮空気温度の設定値が設定されており、これらの温度がその設定値になるように空気冷却器室冷却ファン２８および放熱器室冷却ファン２９の回転数を変化させて冷却風量を調整する。各室毎に別の冷却ファンで温度制御を行うため、図１の第１実施例よりも更に効率的に運転を行うことができる。空気冷却器室冷却ファン２８および放熱器室冷却ファン２９は設置場所や周囲状況に応じて複数台設置する。
本実施例においても、運転状態に応じて最適な制御を行うことが可能となるので、効率的なエンジン駆動作業装置を提供することができる。

（第３実施例）
図５は本発明の第３実施例であるエンジン駆動作業装置の内部構成を上から見た平面図、図６は図５の側面図である。

本実施例が図３の第２実施例と相違する構成は、空気冷却器室冷却ファン２８および放熱器室冷却ファン２９の排気側に各ファンに対応するファンダクト３０および防水シャッター３１を配置した点であり、その他の構成は同一であるので、同一構成部分には同一符号を付して説明する。

次に、本実施例の作用について説明する。
防水シャッター３１は、各ファンが運転することによって発生する風圧によって開くものであり、各ファンが運転しない時は閉じて雨等の浸入を防いでいる。従って、何れかのファンが故障した場合などにおいて、他のファンの回転数を上げて故障ファンの風量を補うことができ、効率的に運転することができる。また、冷却風量の調整をファンの回転数を変化させるだけでなく、ファン運転台数を変えることでも可能となり、より効率的な運動が可能となる。
本実施例においても、運転状態に応じて最適な制御を行うことが可能となるので、効率的なエンジン駆動作業装置を提供することができる。

また、エンジン駆動作業装置の起動時において、放熱器室冷却ファン２９を停止することで放熱器の冷却を妨ぐことができ、また、冷却水温の上昇を早くすることによりウォームアップ時間を短くすることができる。さらに、急なデマンドオーバー危機などに対して素早く対処することができる。また、エンジン駆動作業装置の停止時には、放熱器室冷却ファン２９を最高回転数で運転することにより、クールダウン時間を短くして燃料消費量を少なくすることができる。
本実施例においても、運転状態に応じて最適な制御を行うことが可能となるので、効率的なエンジン駆動作業装置を提供することができる。

本発明の第１実施例のエンジン駆動作業装置の内部構成を上から見た平面図。図１の側面図。本発明の第２実施例のエンジン駆動作業装置の内部構成を上から見た平面図。図３の側面図。本発明の第３実施例のエンジン駆動作業装置の内部構成を上から見た平面図。図５の側面図。従来のエンジン駆動作業装置の内部構成を上から見た平面図。図７の側面図。

符号の説明

１…エンジン、２…作業機、３…制御盤、４…筐体、５…過給機、６…排気集合管、７…吸気フィルタ、８…管（吸気フィルタ〜過給機）、９…管（過給機〜消音器）、１０…消音器、１１…排気管、１２…管（過給機〜空気冷却器）、１３…空気冷却器、１４…冷却ファン、１５…冷却空気（空気冷却器側）、１６…管（空気冷却器〜吸気集合管）、１７…吸気集合管、１８…管（エンジン〜放熱器）、１９…放熱器、２０…冷却空気（放熱器側）、２１…管（放熱器〜エンジン）、２２…換気扇、２３…冷却空気取入口（空気冷却器用）、２４…冷却空気取入口（放熱器用）、２５…冷却水温度検出器、２６…圧縮空気温度検出器、２７…隔壁、２８…空気冷却器室冷却ファン、２９…放熱器室冷却ファン、３０…ファンダクト、３１…防水シャッター。

Claims

エンジンと、前記エンジンの排気ガスによって駆動され圧縮空気を供給する過給機と、前記過給機によって供給される圧縮空気を冷却して前記エンジンに供給する空気冷却器と、前記空気冷却器と並列に設置され，前記エンジンの冷却水を冷却する放熱器と、前記空気冷却器と前記放熱器へ冷却空気を供給し回転方向および回転速度を可変とする冷却ファンと、前記エンジンによって駆動される作業機と、前記エンジンおよび前記作業機を制御する制御装置を備えたエンジン駆動作業装置において、前記制御装置は、前記エンジンの冷却水温度と圧縮空気温度を測定し、前記エンジンの冷却水温度と圧縮空気温度を設定値に合致させるように前記冷却ファンの回転数を制御することを特徴とするエンジン駆動作業装置。
請求項１記載のエンジン駆動作業装置において、前記空気冷却器と前記放熱器を別室に配置し、それぞれに対応する冷却ファンを設けたことを特徴とするエンジン駆動作業装置。
請求項１または請求項２記載のエンジン駆動作業装置において、前記冷却ファンの排気側にファンダクトおよび防水シャッターを配置したことを特徴とするエンジン駆動作業装置。
請求項３記載のエンジン駆動作業装置において、前記冷却ファンを、作業装置起動時には停止し、作業装置停止時には最高回転数で運転することを特徴とするエンジン駆動作業装置の運転方法。