JP2010032143A

JP2010032143A - エンジン駆動式ヒートポンプ装置

Info

Publication number: JP2010032143A
Application number: JP2008195885A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Ishikawa; 和宏石川
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2010-02-12
Anticipated expiration: 2028-07-30
Also published as: JP5369529B2

Abstract

【課題】クラッチを接続してエンジンからの動力をコンプレッサに伝達する際に、エンジン回転数の低下を抑え、エンジンが停止するのを防止するエンジン駆動式ヒートポンプ装置を提供すること。
【解決手段】エンジン駆動式ヒートポンプ装置１は、エンジン３０と、エンジン３０の動力で駆動するコンプレッサ１１と、エンジン３０とコンプレッサ１１の間に配設されエンジン３０からの動力をコンプレッサ１１に接続または解除するクラッチ３６と、室外熱交換器１４と室外熱交換器１４と並列に配設されコンプレッサ１１の流出側の高圧冷媒回路２２と流入側の低圧冷媒回路２３の冷媒の圧力差を所定値以下に制御する液流量調整弁２０とを備えた冷媒回路１０と、圧力差に基づいてクラッチ３６の接続または解除を制御する制御装置５０と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジン駆動式ヒートポンプ装置に関する。

従来技術は、エンジンからの動力をコンプレッサに伝達する際にエンジン回転数の低下率を検出して、その値が所定値以上の時はコンプレッサが液圧縮したとみなして磁気クラッチヘの通電を一時停止する。この時コンプレッサは慣性回転し、コンプレッサ内の液冷媒が徐々に排出され液圧縮はなくなる。液圧縮時にコンプレッサを接続して液圧縮に伴う急激な圧力上昇によってコンプレッサが損傷するのと、エンジン回転数の急激な低下に伴って運転フィーリングが悪化するのを防止する（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５−３４５５１３号公報

しかしながら、液圧縮をしない場合でも冷媒圧力が高い場合はクラッチを接続してエンジンからの動力をコンプレッサに伝達する際にエンジン回転数は低下する。低下を防止する為にクラッチの接続をやめてコンプレッサを慣性回転させても冷媒圧力は下がらず、再度接続した時にエンジン回転数は低下する。また冷媒圧力が所定値以上の場合はエンジンが停止する虞がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、クラッチを接続してエンジンからの動力をコンプレッサに伝達する際に、エンジン回転数の低下を抑え、またエンジンが停止するのを防止するエンジン駆動式ヒートポンプ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、エンジンと、前記エンジンの動力で駆動するコンプレッサと、前記エンジンと前記コンプレッサの間に配設され、前記エンジンと前記コンプレッサとを係脱することにより、前記エンジンから前記コンプレッサへの動力を伝達・遮断するクラッチと、室外熱交換器及び前記室外熱交換器と並列に配設されて、前記コンプレッサの流出側の高圧冷媒回路と流入側の低圧冷媒回路との間の冷媒の圧力差を所定値以下に制御する液流量調整弁を備えた冷媒回路と、前記圧力差に基づいて前記クラッチの係脱を制御する制御装置と、から構成する。

また、請求項２に記載の発明は、前記エンジンは前記エンジン内部への燃焼用の空気の流入量を開閉動作により調整するスロットル弁を備え、前記制御装置は前記クラッチを係合する際に前記スロットル弁を所定量開動作制御する。

また、請求項３に記載の発明は、前記エンジンの点火時期を進角または遅角制御するエンジン点火時期制御手段と、前記エンジンの失火を判定する失火判定手段と、を備え、前記制御装置は、前記失火判定手段が失火していないと判断し且つ前記エンジンの点火時期が所定点火時期より進角している場合に、前記クラッチを接続する前に前記エンジン点火時期制御手段により前記エンジンの点火時期を前記所定点火時期に戻すように制御する。

請求項１に記載の発明では、冷媒回路は液流量調整弁を備えるため、制御装置はクラッチを係合してエンジンからの動力をコンプレッサに伝達する前に高圧側冷媒回路の冷媒圧力と低圧側冷媒回路の冷媒圧力の圧力差を所定値以下に制御して、クラッチが係合した時のエンジンへの負荷を低減する。したがって、クラッチが係合した際のエンジン回転数の低下を抑え、エンジンが停止することで一定時間エンジン駆動式ヒートポンプ装置による空調ができなくなる虞を解決できる。また高圧側冷媒回路の冷媒圧力と低圧側冷媒回路の冷媒圧力の圧力差が所定値以下の場合は液流量調整弁を開かないので、必要以上に冷媒圧力を均圧にすることが無く、快適な空調が維持される。

また、請求項２に記載の発明では、エンジンのスロットル弁は、クラッチ接続と同時に所定量開動作するため、クラッチ接続直後にエンジントルクを瞬時に上げる事ができ、エンジン回転数の落ち込みを低減できる。

また、請求項３に記載の発明では、失火判定手段により失火していないと判断し且つエンジンの点火時期が所定点火時期より進角している場合は、制御装置はクラッチを接続する際にエンジン点火時期制御手段によりエンジンの点火時期を所定点火時期に戻すように制御するため、クラッチの接続時に急激にエンジン回転数が変動（落ち込み）することで実回転数と制御装置の認識回転数にズレが発生し、点火時期が必要以上に進角することでエンジントルクが低下してエンジンが停止してしまい、一定時間エンジン駆動式ヒートポンプ装置を駆動できなくなるする虞を解決できる。

以下に本発明の実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置１の冷媒回路図１０である。エンジン駆動式ヒートポンプ装置１の冷房運転時と暖房運転時の冷媒回路１０での冷媒の流れに基づいて構成を説明する。

（冷房運転時）
コンプレッサ１１を出た冷媒はオイルセパレータ１２、四方切替弁１３を通過した後、室外熱交換器１４へ導かれる。ここで、冷媒は外気により熱を奪われ凝縮・液化、更に過冷却熱交換器１５により液冷媒が過冷却状態となる。その後、配管を通り室内ユニットの電子膨張弁１６で減圧された冷媒は、室内熱交換器１７で室内の熱を奪い気化する。その後配管を通り四方切替弁１３、アキュームレータ１８を経てコンプレッサ１１に戻る。

（暖房運転時）
コンプレッサ１１を出た冷媒はオイルセパレータ１２、四方弁切替弁１３を通過した後、室内熱交換器１７へ導かれる。ここで、冷媒は室内へ熱を放出し、凝縮・液化する。その後、室内ユニットの電子膨張弁１６で減圧された冷媒は、配管を通り室外ユニットの室外熱交液流量調整弁１９および室外熱交換器１４と並列に配設された液流量調整弁２０でさらに減圧される。室外熱交液流量調整弁１９を通過した冷媒は室外熱交換器１４に、液流量調整弁２０を通過した冷媒はサブ熱交換器２１に導かれる。ここで、室外熱交換器１４では外気から熱を吸収、気化し、サブ熱交換器２１ではエンジン排熱により熱を吸収、気化する。その後、室外熱交換器１４を通過し、四方切替弁１３を経た冷媒とサブ熱交換器２１を出た冷媒が合流し、アキュームレータ１８を経てコンプレッサ１１に戻る。

冷媒回路１０では、コンプレッサ１１より冷媒が流出する側が高圧側冷媒回路２２で、コンプレッサ１１に冷媒が流入する側が低圧側冷媒回路２３である。高圧側冷媒回路２２には圧力センサ５４が配設され、低圧側冷媒回路２３には圧力センサ５５が配設される。圧力センサ５４、５５からの信号は制御装置５０（図２）に送られる。

図２は、本発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置１のエンジン３０の構成を示す説明図である。エンジン３０は、吸気バルブ３１と排気バルブ３２と、シリンダ３３内に設けられたピストン３４と、ピストン３４の往復運動を回転運動に変換するクランク３５と、クランク３５からコンプレッサ１１の動力を接続または解除するクラッチ３６と、から構成される。マニュホールド３７はスロットル弁３８を備え、シリンダ３３内へ送り込む燃焼用の空気の量を開閉動作により調整する。シリンダ３３内には点火用の点火プラグ３９が設けられる。

燃焼用ガスはガス電磁弁４１を通り、レギュレータ４２に送られる。レキュレータ４２の燃焼用ガスは燃料調整弁４３で所定の空燃比が得られるように流量が調整される。流量が調整された燃焼用ガスは、マニュホールド３７で燃焼用の空気と混合する。

制御装置５０は、エンジンの回転数、ピストン３４の位置を検知するカムポジションセンサ５１と、油圧を検知する油圧スイッチ５２と、シリンダ３３の冷却水温を検知する水温センサ５３と、圧力センサ５４、５５の信号が入力される。制御装置５０は、クラッチ３６の接続または解除を制御する。また、制御装置５０は、点火プラグ３９が所定の点火時期、進角または遅角で点火するように制御する（エンジン点火時期制御手段）。また、制御装置５０は、カムポジションセンサ５１からの信号により、最新のエンジン３０の回転数と、１００ｍｓ前の回転数の差からエンジン３０の失火を判定する（失火判定手段）。

図３は、エンジン駆動式ヒートポンプ装置１の制御フローである。Ｓ１で失火判定及びエンジン３０の点火時期が進角していないか（所定の点火時期か）判断する。進角していない場合には、Ｓ２で高圧側冷媒回路２２の圧力センサ５４と低圧側冷媒回路２３の圧力センサ５５により冷媒の圧力差が２ＭＰａ以下か判断する。圧力差が２ＭＰａ以下の場合は、Ｓ３で制御装置５０はクラッチ３６を接続する。Ｓ４でクラッチ３６の接続と同時にスロットル弁３８を所定量開動作し、Ｓ５でエンジン３０の運転を持続する。Ｓ１で進角している場合は、Ｓ６でエンジン３０の点火時期を遅角して所定点火時期に戻す。また、Ｓ２で圧力差が２ＭＰａを超える場合は、Ｓ７で制御装置５０は液流量調整弁２０を開いて圧力差が２ＭＰａ以下になるように制御する。

本発明では、冷媒回路１０は液流量調整弁２０を備えるため、クラッチ３６を接続した際のエンジン３０への負荷を低減して、エンジン回転数の低下を抑え、エンジン３０が停止して一定時間エンジン駆動式ヒートポンプ装置１にて空調できなくなる虞を解決できる。また高圧側冷媒回路２２の冷媒圧力と低圧側冷媒回路２３の冷媒圧力の圧力差が所定値以下の場合は、液流量調整弁２０を開かないので、必要以上に冷媒圧力を均圧にすることが無く、快適な空調が維持できる。

また、エンジン３０はクラッチ３６を接続すると同時にスロットル弁３８を所定量開くことで、クラッチ３６の接続直後にエンジントルクを瞬時に上げる事ができ、エンジン回転数の落ち込みを低減できる。

また、失火判定手段により失火していないと判断し且つエンジン３０の点火時期が所定点火時期より進角している場合は、クラッチ３６を接続する前にエンジン３０の点火時期を所定の点火時期に戻すことで、クラッチ３６の接続時に急激にエンジン回転数が変動（落ち込み）して実回転数と制御装置５０の認識回転数にズレが発生し、点火時期が必要以上に進角することでエンジントルクが低下してエンジン３０が停止してしまい、一定時間エンジン駆動式ヒートポンプ装置１を駆動できなくなるする虞を解決できる。

本発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置の冷媒回路図である。本発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置のエンジンの構成を示す説明図である。エンジン駆動式ヒートポンプ装置の制御フローである。

符号の説明

１エンジン駆動式ヒートポンプ装置
１０冷媒回路
１１コンプレッサ
１４室外熱交換器
２０液流量調整弁
２２高圧側冷媒回路
２３低圧側冷媒回路
３０エンジン
３６クラッチ
３８スロットル弁
５０制御装置

Claims

エンジンと、
前記エンジンの動力で駆動するコンプレッサと、
前記エンジンと前記コンプレッサの間に配設され、前記エンジンと前記コンプレッサとを係脱することにより、前記エンジンから前記コンプレッサへの動力を伝達・遮断するクラッチと、
室外熱交換器及び前記室外熱交換器と並列に配設されて、前記コンプレッサの流出側の高圧冷媒回路と流入側の低圧冷媒回路との間の冷媒の圧力差を所定値以下に制御する液流量調整弁を備えた冷媒回路と、
前記圧力差に基づいて前記クラッチの係脱を制御する制御装置と、を備えたエンジン駆動式ヒートポンプ装置。
前記エンジンは前記エンジン内部への燃焼用の空気の流入量を開閉動作により調整するスロットル弁を備え、前記制御装置は前記クラッチを接続する際に前記スロットル弁を所定量開動作制御する、ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置。
前記エンジンの点火時期を進角または遅角制御するエンジン点火時期制御手段と、前記エンジンの失火を判定する失火判定手段と、を備え、
前記制御装置は、前記失火判定手段が失火していないと判断し且つ前記エンジンの点火時期が所定点火時期より進角している場合に、前記クラッチを接続する前に前記エンジン点火時期制御手段により前記エンジンの点火時期を前記所定点火時期に戻すように制御する、ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置。