JP4066742B2 - Engine system for gas heat pump - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスヒートポンプ用エンジンシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスヒートポンプでは、ガスエンジンによってコンプレッサーを駆動するため、ランニングコストの低減のためには、ガスエンジンの熱効率の向上、燃費の向上が重要である。
【０００３】
ガスエンジンの熱効率を向上させる方法の一つとして、実用回転域の範囲内において、なるべくスロットルバルブを全開近くで運転する方法が挙げられる。こうすれば、実用回転域での運転においてポンピングロスを小さくすることができ、熱効率のより高い運転状態を実現できる。
【０００４】
一方、ガスヒートポンプに使用されるガスエンジンは、乗用車用エンジンと比較し使用時間が長く、また、ユーザーのニーズとしてメンテナンス間隔も長期化が求められており、計時劣化を考慮する必要がある。そこで、ガスエンジンには、経時劣化に伴う性能低下が起きても、スロットル開度をより開きさえすればコンプレッサの要求トルクに応じた出力トルクが得られるように、使用初期コンプレッサーより要求されるトルクの最大値から想定される排気量よりも大排気量のものが使用されていた。そして、経時劣化に伴う出力トルクの低下が小さいうちは、コンプレッサーが要求するトルクの最大値を出力するときでも、経時劣化の余裕を見込んだ分だけスロットル全開よりも閉じ側のスロットル開度で運転されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガスエンジンの経時劣化に伴う出力トルクの低下が小さいうちは、スロットル開度をより閉じ側にして運転されることから、ポンピングロスが大きく、熱効率が低い状態での運転が避けられなかった。このため、ガスエンジンの燃費を向上させることができず、ガスヒートポンプのランニングコストを低減することができなかった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、熱効率がより高い状態でガスエンジンを運転することができ、その燃費を向上することができるガスヒートポンプ用エンジンシステムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、コンプレッサーをガスエンジンにより駆動し、吸気通路内に配置されるスロットルバルブにて前記ガスエンジンのエンジン回転数を制御するガスヒートポンプ用エンジンシステムにおいて、前記ガスエンジンに対して燃焼用空気を過給可能な過給手段と、前記スロットルバルブのスロットル開度がほぼ全開であり、かつ、前記エンジン回転数が、要求回転数に達しない出力低下状態であるか否かを、その運転状態に基づいて判定する判定手段と、前記ガスエンジンが前記出力低下状態であると判定されたときには、過給を行う過給制御手段とを備え 前記過給手段は、前記吸気通路に対して前記スロットルバルブよりも上流側で接続された副吸気通路と、前記副吸気通路を通じてガスエンジンに燃焼用空気を過給可能な過給機とからなり、前記過給制御手段は、前記副吸気通路と前記吸気通路との接続部にて、前記吸気通路の上流側と前記副吸気通路とを切り換える通路切換手段と、前記過給機を運転又は停止する運転手段と、前記判定手段の判定結果に基づいて前記通路切換手段及び運転手段を制御し、前記出力低下状態と判定されたときには、前記接続部より下流側の吸気通路と前記副吸気通路を連通させるとともに、前記過給機を運転するように前記運転手段を制御する吸気制御手段とからなっている。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、ガスエンジンが経時劣化し、スロットル開度がほぼ全開のときの出力トルクが不足し、エンジン回転数が要求回転数に達しない出力低下状態となると過給手段がガスエンジンに過給し、要求トルクに応じた出力トルクが確保される。このため、コンプレッサーより要求されるトルクの最大値に対し、従来より排気量が小さいガスエンジンを用いることができ、スロットル開度をより全開側にして運転することができるため、運転中のポンピングロスがより小さくなる。
また、ガスエンジンが出力低下状態となると、吸気通路に対してスロットルバルブよりも上流側で接続された副吸気通路を通じて、過給機からガスエンジンに燃焼用空気が過給される。ガスエンジンが出力低下状態となると、過給制御手段が通路切換手段を制御して副吸気通路を吸気通路に連通させるとともに過給機を運転する。そして、副吸気通路を通じてガスエンジンに過給する。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記判定手段は、前記ガスエンジン各部に配置されたセンサにより運転状態に関わる値を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段の検出値と予め設定された判定基準とに基づき、前記出力低下状態であるか否かを判定する出力状態判定手段とからなる。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、運転状態検出手段が、ガスエンジン各部に配置されたセンサにより、運転状態に関する値を検出する。そして、この検出値と、予め設定された判定基準とに基づき、出力状態判定手段が、出力低下状態であるか否かを判定する。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記運転状態検出手段は、前記スロットル開度と前記エンジン回転数を検出する。
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の作用に加えて、スロットル開度とエンジン回転数とに基づいて出力低下状態であるか否かが判定される。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記運転状態検出手段は、前記ガスエンジンの吸気量を検出する。
請求項４に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の作用に加えて、ガスエンジンの吸気量に基づいて出力低下状態であるか否かが判定される。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記運転状態検出手段は、前記ガスエンジンの振動を検出する。
請求項５に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の作用に加えて、ガスエンジンの振動に基づいて出力低下状態であるか否かが判定される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明をガスヒートポンプ用エンジンシステムに具体化した第１実施形態を図１及び図２を用いて説明する。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態のエンジンシステム１０は、ガスヒートポンプシステムに設けられるものであって、ガスエンジン１１、電気式過給機１２、オルタネータ１３、電磁クラッチ１４、コントローラ１５及びバイパスバルブ１６等によって構成されている。
【００２０】
ガスエンジン１１は、ガスヒートポンプの構成要素であるコンプレッサー１７を直接駆動する。ガスエンジン１１には、燃焼用空気を導入するためのメイン吸気管（吸気通路）１８が接続されている。メイン吸気管１８は、図示しないエアクリーナを介して外気に連通されている。
【００２１】
メイン吸気管１８の下流域には、ガスエンジン１１が吸入する燃焼用空気の吸気量を調節するスロットルバルブ１９が設けられている。スロットルバルブ１９は、そのスロットル開度が全閉から全開の範囲で調節される。
【００２２】
スロットルバルブ１９は、スロットルアクチュエータ２０によって作動する。スロットルアクチュエータ２０は、ガスヒートポンプの図示しないメインコントローラによって作動制御される。このメインコントローラは、例えば、設定温度及び実際の室温等の情報に基づいて、コンプレッサー１７の回転数に比例するガスエンジン１１の回転数について、要求回転数（目標回転数）を設定する。そして、ガスエンジン１１の実際の回転数がこの目標回転数となるように、スロットルアクチュエータ２０を作動制御してスロットル開度を調節する。
【００２３】
なお、エンジンシステム１０には、図示しないキャブレターが設けられている。キャブレターは、スロットル開度に応じた量のガスをガスエンジン１１に供給する。
【００２４】
メイン吸気管１８には、バイパス吸気管（副吸気通路）２１が接続されている。バイパス吸気管２１は、メイン吸気管１８の上流域と下流域とを連通し、下流域においてスロットルバルブ１９の上流側に接続されている。
【００２５】
バイパス吸気管２１上には、モータにてコンプレッサーを駆動する電気式過給機（過給機）１２が設けられている。電気式過給機１２は、バイパス吸気管２１を通じてガスエンジン１１に燃焼用空気を過給可能である。
【００２６】
メイン吸気管１８とバイパス吸気管２１との下流側の接続部には、バイパスバルブ１６が設けられている。バイパスバルブ１６は、メイン吸気管１８の上流側とバイパス吸気管２１とを切り換える。そして、接続部より下流側のメイン吸気管１８にその上流側を連通させたときには、メイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。一方、バイパス吸気管２１をメイン吸気管１８の下流側に連通させたときには、バイパス吸気管２１を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【００２７】
バイパスバルブ１６は、バルブアクチュエータ２２によって作動する。バルブアクチュエータ２２は、コントローラ１５から供給される駆動電流によって作動する。
【００２８】
ガスエンジン１１には、電磁クラッチ１４を介してオルタネータ１３が連結されている。電磁クラッチ１４は、コントローラ１５から供給される励磁電流によって作動し、ガスエンジン１１の動力をオルタネータ１３に伝達又は遮断する。オルタネータ１３は、電磁クラッチ１４を介して伝達されるガスエンジン１１の動力によって駆動され、発電した電力を電気式過給機１２に供給する。
【００２９】
電気式過給機１２は、オルタネータ１３から供給される電力によって運転され、バイパス吸気管２１を通じて燃焼用空気をガスエンジン１１に過給する。
次に、本実施形態の電気的構成について説明する。
【００３０】
ガスエンジン１１には、そのエンジン回転数を検出する回転数センサ２３が設けられている。また、スロットルバルブ１９には、そのスロットル開度を検出する開度センサ２４が設けられている。
【００３１】
コントローラ１５は、回転数センサ２３から入力する検出信号に基づいてエンジン回転数を取得し、又、開度センサ２４から入力する検出信号に基づいてスロットル開度を取得する。
【００３２】
コントローラ１５は、エンジン回転数及びスロットル開度に基づき、電磁クラッチ１４及びバイパスバルブ１６を作動制御する吸気切換制御を行う。
なお、コントローラ１５は、ガスエンジン１１の要求回転数をメインコントローラから取得し、吸気切換制御で用いる。
【００３３】
本実施形態では、電気式過給機１２及びバイパス吸気管２１が過給手段を構成し、コントローラ１５が運転状態検出手段、出力状態判定手段及び判定手段である。また、バイパスバルブ１６及びバルブアクチュエータ２２が通路切換手段を構成し、オルタネータ１３及び電磁クラッチ１４が運転手段を構成し、また、コントローラ１５が吸気制御手段である。そして、通路切換手段、運転手段及び吸気制御手段が過給制御手段を構成する。
【００３４】
吸気切換制御では、ガスエンジン１１が、スロットル開度が全開であって、かつ、ガスエンジン１１の出力トルクの不足により、エンジン回転数が要求回転数に達しない出力低下状態であるか否かを、その運転状態に基づいて判定する。
【００３５】
本実施形態では、スロットル開度が全開であって、かつ、エンジン回転数が要求回転数に達していないときに、出力低下状態であると判定する。すなわち、開度センサ２４が検出するスロットル開度と、回転数センサ２３が検出するエンジン回転数とが運転状態に関わる値であって、スロットル開度が全開であってエンジン回転数が要求回転数に達しない運転状態であるか否かが判定基準である。
【００３６】
そして、ガスエンジン１１が出力低下状態でないときには電気式過給機１２による過給を行わないとともにメイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。反対に、出力低下状態のときには、電気式過給機１２による過給を行うとともにバイパス吸気管２１を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【００３７】
次に、吸気切換制御の制御内容を、図２に示すフローチャートに従って説明する。
先ず、ステップ（以下、Ｓと略記する。）１００で、回転数センサ２３が検出するエンジン回転数が、メインコントローラが設定する要求回転数に一致するか否かを判定する。この要求回転数は、ガスヒートポンプに対する設定温度と、実際の室温との温度差等などに応じ、メインコントローラによって設定される。
【００３８】
Ｓ１００でエンジン回転数が要求回転数に一致しなかったときには、次にＳ１０１で、そのエンジン回転数がその要求回転数よりも低いか否かを判定する。
Ｓ１０１でエンジン回転数が要求回転数以上であったときには、次にＳ１０２で、開度センサ２４が検出するスロットル開度に基づき、スロットル開度を所定量だけ閉じ側に調節するための指令信号をメインコントローラに出力する。そして、メインコントローラを介してスロットルアクチュエータ２０を作動させ、スロットル開度を所定量だけ閉じ側に調節した後、Ｓ１００に戻る。
【００３９】
一方、Ｓ１０１でエンジン回転数が要求回転数よりも低かったときには、次にＳ１０３で、そのときのスロットル開度が全開であるか否かを判定する。
Ｓ１０３でスロットル開度が全開でなかったときには、次にＳ１０４でスロットル開度を開き側に調節するための指令信号をメインコントローラに出力する。そして、メインコントローラを介してスロットルアクチュエータ２０を作動させ、スロットル開度を所定量だけ開き側に調節した後、Ｓ１００に戻る。
【００４０】
従って、Ｓ１００〜Ｓ１０４の処理により、ガスエンジン１１の経時劣化に伴い、スロットル開度に対して得られる出力トルクが低下していても、エンジン回転数及び要求回転数に基づいてスロットル開度がより開き側に調節され、要求回転数に応じたエンジン回転数が確保される。
【００４１】
一方、Ｓ１０３でスロットル開度が全開であったときには、次にＳ１０５で、バルブアクチュエータ２２を作動させてバイパスバルブ１６を作動させ、メイン吸気管１８に対してバイパス吸気管２１を連通させる。そして、バイパス吸気管２１を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【００４２】
Ｓ１０５の次にＳ１０６で、電磁クラッチ１４を作動させてオルタネータ１３をガスエンジン１１に駆動連結させ、ガスエンジン１１の動力によってオルタネータ１３を駆動させる。そして、オルタネータ１３が発電する駆動電流によって電気式過給機１２を作動させ、電気式過給機１２からバイパス吸気管２１を通じてガスエンジン１１に過給する。
【００４３】
従って、Ｓ１０３，Ｓ１０５，Ｓ１０６の処理により、ガスエンジン１１の経時劣化が進行し、スロットル開度が全開のときの出力トルクが不足し、エンジン回転数が要求回転数に達しなくなると、電気式過給機１２が運転開始され、ガスエンジン１１が過給される。その結果、必要な要求トルクが確保され、要求回転数までガスエンジン１１の回転数が上昇する。
【００４４】
次に、Ｓ１０７で、エンジン回転数が要求回転数に一致しているか否かを判定する。そして、エンジン回転数が要求回転数に一致していたときには、スロットル開度を全開に維持する。
【００４５】
一方、Ｓ１０７で、エンジン回転数が要求回転数に一致していなかったときには、次にＳ１０８で、エンジン回転数が要求回転数未満であるか否かを判定する。
【００４６】
Ｓ１０８でエンジン回転数が要求回転数以上であったときには、次にＳ１０９で、メインコントローラを介してスロットル開度をより全閉側に調節し、エンジン回転数を低下させる。
【００４７】
一方、Ｓ１０８でエンジン回転数が要求回転数未満であったときには、次にＳ１１０でメインコントローラを介してスロットル開度を全開側に調節し、エンジン回転数を上昇させる。
【００４８】
従って、Ｓ１０７〜Ｓ１１０の処理により、ガスエンジン１１が過給されている状態において、エンジン回転数と要求回転数とに基づいてスロットル開度が調節され、エンジン回転数が要求回転数に維持される。
【００４９】
以上詳述した本実施形態の効果を列記する。
（１） ガスエンジン１１が経時劣化し、スロットル全開のときの出力トルクが不足し、エンジン回転数が要求回転数に達しない出力低下状態となると電気式過給機１２が運転開始され、ガスエンジン１１が過給される。その結果、要求トルクに応じた出力トルクが確保され、エンジン回転数が要求回転数に制御される。このため、コンプレッサー１７より要求されるトルクの最大値に対し、従来より排気量が小さいガスエンジン１１を用いることができ、スロットル開度をより全開側にして運転することができるため、運転中のポンピングロスが小さくなる。
【００５０】
その結果、熱効率がより高い状態でガスエンジン１１を運転することができ、その燃費を向上することができる。従って、ガスヒートポンプのランニングコストを低減することができる。
【００５１】
（２） コントローラ１５が、エンジン回転数及びスロットル開度からガスエンジン１１の運転状態を把握し、出力低下状態であるか否かを判定する。従って、エンジン制御に必要な基本的な検出量を用いるので、新たに検出する必要がある検出量が不要であり、そのための新たなセンサを必要としない。
【００５２】
（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態を図３，図４を用いて説明する。本実施形態は、前記第１実施形態における電気式過給機１２、オルタネータ１３、電磁クラッチ１４及びバイパス吸気管２１を、スーパーチャージャ３０、電磁クラッチ３１及びバイパス吸気管３２に変更したことと、吸気切換制御の一部を変更したことのみが第１実施形態と異なる。従って、第１実施形態と同じ構成については、符号を同じにしてその説明を省略し、スーパーチャージャ３０、電磁クラッチ３１及びバイパス吸気管３２と、吸気切換制御の変更部分のみについて詳述する。
【００５３】
スーパーチャージャ（過給機）３０は、電磁クラッチ３１を介してガスエンジン１１の出力軸に連結されている。電磁クラッチ３１は、コントローラ１５から供給される励磁電流によって作動し、ガスエンジン１１の動力をスーパーチャージャ３０に伝達又は遮断する。
【００５４】
スーパーチャージャ３０は、電磁クラッチ３１を介して伝達されるガスエンジン１１の動力によって駆動される。スーパーチャージャ３０の供給口は、バイパス吸気管（副吸気通路）３２を介してメイン吸気管１８に対し、スロットルバルブ１９よりも上流側で接続されている。スーパーチャージャ３０は、ガスエンジン１１から供給される動力によって運転され、バイパス吸気管３２を通じてガスエンジン１１に燃焼用空気を過給する。
【００５５】
メイン吸気管１８とバイパス吸気管３２との接続部には、バイパスバルブ１６が設けられている。バイパスバルブ１６は、メイン吸気管１８の上流側とバイパス吸気管３２とを切り換える。そして、接続部よりも上流側のメイン吸気管１８をその下流側に連通させたときには、メイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。一方、バイパス吸気管３２をメイン吸気管１８の下流側に連通させたときには、バイパス吸気管３２を通る空気のみがガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。
【００５６】
本実施形態では、スーパーチャージャ３０及びバイパス吸気管３２が過給手段を構成し、コントローラ１５が運転状態検出手段、出力状態判定手段及び判定手段である。また、バイパスバルブ１６及びバルブアクチュエータ２２が通路切換手段を構成し、電磁クラッチ３１が運転手段であり、また、コントローラ１５が吸気制御手段である。そして、通路切換手段、運転手段及び吸気制御手段が過給制御手段を構成する。
【００５７】
本実施形態のコントローラ１５は、エンジン回転数及びスロットル開度に基づき、電磁クラッチ３１及びバイパスバルブ１６を作動制御する吸気切換制御を行う。
【００５８】
本実施形態の吸気切換制御においても、前記第１実施形態と同様に、スロットル開度が全開であって、かつ、エンジン回転数が要求回転数に達しない運転状態が発生したか否かを判定し、このような運転状態が発生したときにはガスエンジン１１が出力低下状態であると判定する。すなわち、スロットル開度及びエンジン回転数が運転状態に関わる値であって、エンジン回転数が要求回転数に達していない状態においてスロットル開度が全開であるか否かが判定基準である。
【００５９】
そして、ガスエンジン１１が出力低下状態でないときにはスーパーチャージャ３０による過給を行わないとともにメイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。反対に、出力低下状態のときには、スーパーチャージャ３０による過給を行うとともにバイパス吸気管３２を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【００６０】
本実施形態の吸気切換制御は、図４に示すように、前記第１実施形態の吸気切換制御におけるＳ１０６の処理内容が異なるだけである。
本実施形態のＳ１０６では、電磁クラッチ３１を作動させてガスエンジン１１の動力によってスーパーチャージャ３０を駆動させる。そして、スーパーチャージャ３０からバイパス吸気管３２を通じてガスエンジン１１に過給する。
【００６１】
以上詳述した本実施形態も、前記第１実施形態の（１），（２）に記載した各効果を有する。
（第３実施形態）
次に、本発明を具体化した第３実施形態を図５、図６を用いて説明する。本実施形態は、前記第１実施形態における電気式過給機１２、オルタネータ１３、電磁クラッチ１４及びバイパス吸気管２１に代えて、ターボチャージャ４０、メイン排気管４１、バイパス吸気管４２、バイパス排気管４３、排気側バイパスバルブ４４及びバルブアクチュエータ４５を設けたことが異なる。また、吸気切換制御の一部を変更したことが第１実施形態と異なる。従って、第１実施形態と同じ構成については、符号を同じにしてその説明を省略し、ターボチャージャ４０、バイパス吸気管４２、メイン排気管４１、バイパス排気管４３、排気側バイパスバルブ４４及びバルブアクチュエータ４５と、吸気切換制御の変更部分のみについて詳述する。
【００６２】
ターボチャージャ（過給機）４０は固定容量型であって、ガスエンジン１１の排気口に接続されたメイン排気管４１が接続され、このメイン排気管４１を通じて供給される排気ガスによって駆動される。また、ターボチャージャ４０は、その供給口がバイパス吸気管（副吸気通路）４２を介してメイン吸気管１８に対しスロットルバルブ１９よりも上流側で接続されている。ターボチャージャ４０は、バイパス吸気管４２を通じてガスエンジンに燃焼用空気を過給可能である。
【００６３】
メイン排気管４１には、ターボチャージャ４０を迂回するバイパス排気管４３が接続されている。バイパス排気管４３は、ガスエンジン１１から排出される排気ガスをターボチャージャ４０に供給することなく外部に直接排出する。
【００６４】
メイン排気管４１とバイパス排気管４３との両接続部の内、ターボチャージャ４０より上流側の接続部には排気側バイパスバルブ４４が設けられている。排気側バイパスバルブ４４は、メイン排気管４１に対しバイパス排気管４３を連通又は遮断する。そして、メイン排気管４１に対してバイパス排気管４３を連通させないときは、メイン排気管４１を通じてのみ排気ガスが排出されるようにする。また、メイン排気管４１に対してバイパス排気管４３を連通させたときには、バイパス排気管４３を通じてのみ排気ガスが排出されるようにする。
【００６５】
排気側バイパスバルブ４４は、バルブアクチュエータ４５によって作動する。バルブアクチュエータ４５は、コントローラ１５から供給される駆動電流によって作動する。
【００６６】
メイン吸気管１８とバイパス吸気管４２との接続部には、バイパスバルブ１６が設けられている。バイパスバルブ１６は、メイン吸気管１８の上流側とバイパス吸気管４２とを切り換える。そして、接続部よりも上流側のメイン吸気管１８をその下流側に連通させたときには、メイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。一方、バイパス吸気管４２をメイン吸気管１８の下流側に連通させたときには、バイパス吸気管４２を通る空気のみがガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。
【００６７】
本実施形態では、ターボチャージャ４０及びバイパス吸気管４２が過給手段を構成し、コントローラ１５が運転状態検出手段、出力状態判定手段及び判定手段である。また、バイパスバルブ１６及びバルブアクチュエータ２２が通路切換手段を構成し、メイン排気管４１、バイパス排気管４３、排気側バイパスバルブ４４及びバルブアクチュエータ４５が運転手段を構成し、また、コントローラ１５が吸気制御手段である。そして、通路切換手段、運転手段及び吸気制御手段が過給制御手段を構成する。
【００６８】
本実施形態のコントローラ１５は、エンジン回転数及びスロットル開度に基づき、バイパスバルブ１６及び排気側バイパスバルブ４４を作動制御する吸気切換制御を行う。
【００６９】
本実施形態の吸気切換制御においても、第１実施形態と同様に、スロットル開度が全開であって、かつ、エンジン回転数が要求回転数に達しない運転状態が発生したか否かを判定し、このような運転状態が発生したときにはガスエンジン１１が出力低下状態であると判定する。すなわち、スロットル開度及びエンジン回転数が運転状態に関わる値であって、エンジン回転数が要求回転数に達していない状態においてスロットル開度が全開であるか否かが判定基準である。
【００７０】
そして、ガスエンジン１１が出力低下状態でないときにはターボチャージャ４０による過給を行わないとともにメイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。反対に、出力低下状態のときには、ターボチャージャ４０による過給を行うとともにバイパス吸気管４２を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【００７１】
本実施形態の吸気切換制御は、図６に示すように、前記第１実施形態の吸気切換制御におけるＳ１０６の処理内容が異なるだけである。
本実施形態のＳ１０６では、バルブアクチュエータ４５を作動させて排気側バイパスバルブ４４を作動させ、ガスエンジン１１から排出される排気ガスをメイン排気管４１を通じてターボチャージャ４０に供給する。そして、この排気ガスによってターボチャージャ４０を駆動し、バイパス吸気管４２を通じてガスエンジン１１に過給する。
【００７２】
以上詳述した本実施形態も、前記第１実施形態の（１），（２）に記載した各効果を有する。
（第４実施形態）
次に、本発明を具体化した第４実施形態を図７及び図８を用いて説明する。本実施形態は、前記第３実施形態における回転数センサ２３及び開度センサ２４に代えて吸気量センサ５０を設けたことと、吸気切換制御の内容を変更したことのみが第３実施形態と異なる。従って、第３実施形態と同じ構成については、符号を同じにしてその説明を省略し、吸気量センサ５０と、吸気切換制御の変更部分のみについて詳述する。
【００７３】
吸気量センサ５０は、メイン吸気管１８の入り口に設けられ、エアクリーナを通してメイン吸気管１８に導入される燃焼用空気の吸気量を検出する。
コントローラ１５は、吸気量センサ５０から入力する検出信号に基づいて、燃焼用空気の吸気量を取得する。
【００７４】
本実施形態では、ターボチャージャ４０及びバイパス吸気管４２が過給手段を構成し、コントローラ１５が運転状態検出手段、出力状態判定手段及び判定手段である。また、バイパスバルブ１６及びバルブアクチュエータ２２が通路切換手段を構成し、メイン排気管４１、バイパス排気管４３、排気側バイパスバルブ４４及びバルブアクチュエータ４５が運転手段を構成し、また、コントローラ１５が吸気制御手段である。そして、通路切換手段、運転手段及び吸気制御手段が過給制御手段を構成する。
【００７５】
本実施形態のコントローラ１５は、吸気量に基づき、バイパスバルブ１６及び排気側バイパスバルブ４４を作動制御する吸気切換制御を行う。
吸気切換制御では、ガスエンジン１１が、スロットル開度が全開であって、かつ、その出力トルクの不足により、エンジン回転数が要求回転数に達しない出力低下状態であるか否かを、その運転状態に基づいて判定する。
【００７６】
本実施形態では、ガスエンジン１１の吸気量が経時的に減少するときに、出力低下状態であると判定する。すなわち、吸気量センサ５０が検出する吸気量が運転状態に関わる値であり、吸気量が経時的に減少するか否かが判定基準である。
【００７７】
そして、ガスエンジン１１が出力低下状態でないときにはターボチャージャ４０による過給を行わないとともにメイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。反対に、出力低下状態のときには、ターボチャージャ４０による過給を行うとともにバイパス吸気管４２を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【００７８】
なお、本実施形態の吸気切換制御では、前記第１、第２及び第３実施形態の吸気切換制御と異なり、ガスエンジン１１の経時劣化に伴うスロットル開度の調節を行わない。経時劣化に伴うスロットル開度の調節は、コントローラ１５が行う別の制御によって実行される。
【００７９】
次に、吸気切換制御の制御内容を、図８に示すフローチャートに従って説明する。
先ず、Ｓ２００、Ｓ２０１で、所定時間が経過する毎に、吸気量センサ５０が検出する燃焼用空気の吸気量を取得し、今回検出された吸気量が前回検出された吸気量に対して同量であるか又は増加しているか否かを判定する。
【００８０】
そして、今回の吸気量が前回の吸気量と同量であるか又は増加しているときには、このＳ２００，Ｓ２０１の処理を繰り返す。
このＳ２００，Ｓ２０１の処理において、今回の吸気量が前回の吸気量と同量であるか又は増加しているときには、コンプレッサー１７より要求されるトルクの最大値に応じた出力トルクをガスエンジン１１が過給なしで供給し、エンジン回転数が要求回転数に達している状態であると判断する。すなわち、吸気量が経時的に同量であるか又は増加するのは、ガスエンジン１１の経時劣化が進んでないか、又は、経時劣化の進行に伴って低下したエンジン回転数を要求回転数に維持するためにスロットル開度がより開き側に調節されるためである。この場合には、スロットル開度が全開となっていないと判断できるので、吸気量の監視を継続する。
【００８１】
一方、今回の吸気量が前回の吸気量よりも減少しているときには、スロットル開度が全開となったにも拘らず、コンプレッサー１７より要求されるトルクの最大値に出力トルクが達せず、エンジン回転数が要求回転数に達しなくなった状態である。この場合には、吸気量の監視を中止して、Ｓ２０２を実行する。
【００８２】
従って、Ｓ２００，Ｓ２０１の処理により、ガスエンジン１１の経時劣化が進行しても、スロットル開度が全開のときの出力トルクが、コンプレッサー１７より要求されるトルクの最大値に達し、エンジン回転数が要求回転数に達する状態においてはターボチャージャ４０が運転されることはない。
【００８３】
Ｓ２０２ではバルブアクチュエータ２２を作動させてバイパスバルブ１６を作動させ、ガスエンジン１１に対してバイパス吸気管４２を通る空気のみが供給される状態とする。
【００８４】
そして、次に、Ｓ２０３でバルブアクチュエータ４５を作動させて排気側バイパスバルブ４４を作動させ、ガスエンジン１１から排出される排気ガスをメイン排気管４１を通じてターボチャージャ４０に供給する。そして、この排気ガスによってターボチャージャ４０を駆動し、バイパス吸気管４２を通じてガスエンジン１１に過給する。
【００８５】
従って、Ｓ２０２，Ｓ２０３の処理により、ガスエンジン１１の経時劣化が進行し、スロットル開度が全開のときの出力トルクが不足し、エンジン回転数が要求回転数に達しなくなるとターボチャージャ４０が運転開始され、ガスエンジン１１が過給される。その結果、必要な要求トルクが確保され、エンジン回転数が要求回転数に達する。
【００８６】
以上詳述した本実施形態も、前記第１実施形態の（１），（２）に記載した各効果を有する。
（第５実施形態）
次に、本発明を具体化した第５実施形態を図９、図１０を用いて説明する。本実施形態は、前記第１実施形態における回転数センサ２３及び開度センサ２４に代えて吸気量センサ５０を設けたことと、前記第４実施形態における吸気切換制御の一部を変更して実行することのみが第１実施形態と異なる。従って、第１実施形態及び第４実施形態と同じ構成については、符号を同じにしてその説明を省略し、吸気切換制御の変更部分のみについて詳述する。
【００８７】
本実施形態では、電気式過給機１２及びバイパス吸気管２１が過給手段を構成し、コントローラ１５が運転状態検出手段、出力状態判定手段及び判定手段である。また、バイパスバルブ１６及びバルブアクチュエータ２２が通路切換手段を構成し、オルタネータ１３及び電磁クラッチ１４が運転手段を構成し、また、コントローラ１５が吸気制御手段である。そして、通路切換手段、運転手段及び吸気制御手段が過給制御手段を構成する。
【００８８】
本実施形態のコントローラ１５は、ガスエンジン１１の吸気量に基づき、バイパスバルブ１６及び電磁クラッチ３１を作動制御する吸気切換制御を行う。
本実施形態の吸気切換制御においても、前記第４実施形態と同様に、燃焼用空気の吸気量が経時的に減少する運転状態が発生したか否かを判定し、このような運転状態が発生したときにガスエンジン１１が出力低下状態であると判定する。すなわち、吸気量センサ５０が検出する吸気量が運転状態に関わる値であって、吸気量が経時的に減少するか否かが判定基準である。
【００８９】
そして、ガスエンジン１１が出力低下状態でないときには電気式過給機１２による過給を行わないとともにメイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。反対に、出力低下状態のときには、電気式過給機１２による過給を行わせるとともにバイパス吸気管２１を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【００９０】
本実施形態の吸気切換制御は、図１０に示すように、前記第４実施形態の吸気切換制御におけるＳ２０３の処理内容が異なるだけである。
本実施形態のＳ２０３では、電磁クラッチ１４を作動させてガスエンジン１１の動力によってオルタネータ１３を駆動し、オルタネータ１３が供給する駆動電流によって電気式過給機１２を作動させる。そして、電気式過給機１２からバイパス吸気管２１を通じてガスエンジン１１に過給する。
【００９１】
以上詳述した本実施形態も、前記第１実施形態の（１），（２）に記載した各効果を有する。
（第６実施形態）
次に、本発明を具体化した第６実施形態を図１１及び図１２を用いて説明する。本実施形態は、前記第２実施形態における回転数センサ２３及び開度センサ２４に代えて吸気量センサ５０を設けたことと、前記第４実施形態における吸気切換制御の一部を変更して実行することのみが第２実施形態と異なる。従って、第２実施形態及び第４実施形態と同じ構成については、符号を同じにしてその説明を省略し、吸気切換制御の変更部分のみについて詳述する。
【００９２】
本実施形態では、スーパーチャージャ３０及びバイパス吸気管３２が過給手段を構成し、コントローラ１５が運転状態検出手段、出力状態判定手段及び判定手段である。また、バイパスバルブ１６及びバルブアクチュエータ２２が通路切換手段を構成し、電磁クラッチ３１が運転手段であり、また、コントローラ１５が吸気制御手段である。そして、通路切換手段、運転手段及び吸気制御手段が過給制御手段を構成する。
【００９３】
本実施形態のコントローラ１５は、ガスエンジン１１の吸気量に基づき、バイパスバルブ１６及び電磁クラッチ３１を作動制御する吸気切換制御を行う。
本実施形態の吸気切換制御においても、前記第４実施形態と同様に、燃焼用空気の吸気量が経時的に減少する運転状態が発生したか否かを判定し、この運転状態が発生したときにガスエンジン１１が出力低下状態であると判定する。すなわち、吸気量センサ５０が検出する吸気量が運転状態に関わる値であって、吸気量が経時的に減少するか否かが判定基準である。
【００９４】
そして、ガスエンジン１１が出力低下状態でないときにはスーパーチャージャ３０による過給を行わないとともにメイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。反対に、出力低下状態のときには、スーパーチャージャ３０による過給を行わないとともにバイパス吸気管３２を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【００９５】
本実施形態の吸気切換制御の制御内容は、図１２に示すように、前記第４実施形態の吸気切換制御におけるＳ２０３の処理内容が異なるだけである。
本実施形態のＳ２０３では、電磁クラッチ３１を作動させてガスエンジン１１の動力によってスーパーチャージャ３０を駆動させる。そして、スーパーチャージャ３０からバイパス吸気管３２を通じてガスエンジン１１に過給する。
【００９６】
以上詳述した本実施形態も、前記第１実施形態の（１），（２）に記載した各効果を有する。
（第７実施形態）
次に、本発明を具体化した第７実施形態を図１３及び図１４を用いて説明する。本実施形態は、前記第２実施形態における回転数センサ２３及び開度センサ２４に代えて振動センサ６０を設けたことと、吸気切換制御の内容を変更したことのみが第２実施形態と異なる。従って、第２実施形態と同じ構成については、符号を同じにしてその説明を省略し、振動センサ６０と、吸気切換制御の変更部分のみについて詳述する。
【００９７】
振動センサ６０は例えば歪みゲージからなり、図示しないエンジンマウントに設けられてガスエンジン１１の振動を検出する。
本実施形態では、スーパーチャージャ３０及びバイパス吸気管３２が過給手段を構成し、コントローラ１５が運転状態検出手段、出力状態判定手段及び判定手段である。また、バイパスバルブ１６及びバルブアクチュエータ２２が通路切換手段を構成し、電磁クラッチ３１が運転手段であり、また、コントローラ１５が吸気制御手段である。そして、通路切換手段、運転手段及び吸気制御手段が過給制御手段を構成する。
【００９８】
コントローラ１５は、振動センサ６０から入力する検出信号に基づいて、ガスエンジン１１に発生する振動を取得する。
本実施形態のコントローラ１５は、エンジン回転数及び振動に基づき、バイパスバルブ１６及び電磁クラッチ３１を作動制御する吸気切換制御を行う。
【００９９】
吸気切換制御では、ガスエンジン１１が、スロットル開度が全開であって、かつ、その出力トルクの不足により、エンジン回転数が要求回転数に達しない出力低下状態であるか否かを、その運転状態に基づいて判定する。
【０１００】
本実施形態では、ガスエンジン１１の振動の大きさが予め設定された基準値より大きくなったときに、出力低下状態であると判定する。すなわち、振動センサ６０が検出する振動の大きさが運転状態に関わる値であって、この検出値が基準値より大きいか否かが判定基準である。
【０１０１】
そして、ガスエンジン１１が出力低下状態でないときにはスーパーチャージャ３０による過給を行わないとともにメイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。反対に、出力低下状態のときには、スーパーチャージャ３０による過給を行うとともにバイパス吸気管３２を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【０１０２】
次に、吸気切換制御の制御内容を、図１４に示すフローチャートに従って説明する。
先ず、Ｓ３００で、回転数センサ２３が検出するエンジン回転数が要求回転数に一致するときの振動の大きさを検出し、この振動の大きさを基準値として保存する。この基準値は、過給されていないガスエンジン１１が要求トルクと同じ大きさの出力トルクを供給するときの振動の大きさである。
【０１０３】
次に、Ｓ３０１，Ｓ３０２で、所定時間が経過する毎に、その時点における振動の大きさを検出し、その振動の大きさが、基準値よりも大きいか否かを判定する。
【０１０４】
そして、検出した振動の大きさが基準値以下であるときには、このＳ３０１，Ｓ３０２の処理を繰り返す。
このＳ３０１，Ｓ３０２の処理において、新たに検出された振動の大きさが基準値以下であるときには、コンプレッサー１７より要求されるトルクの最大値に応じた出力トルクをガスエンジン１１が過給なしで供給し、エンジン回転数が要求回転数に達している状態であると判断する。すなわち、振動の大きさが基準値を超えないのは、ガスエンジン１１の経時劣化がそれほど進行しておらず、スロットル開度が全開となっていないためである。この場合には、振動の監視を継続する。
【０１０５】
一方、新たに検出した振動の大きさが基準値を超えるときには、スロットル開度が全開であるにも拘らず、コンプレッサー１７より要求されるトルクの最大値に出力トルクが達せず、不足する出力トルクでコンプレッサー１７を駆動しようとするガスエンジン１１の振動が大きくなったと判断できる。この場合には、振動の監視を終了して、Ｓ３０３を実行する。
【０１０６】
従って、Ｓ３００〜Ｓ３０１の処理により、ガスエンジン１１の経時劣化が進行しても、スロットル開度が全開のときの出力トルクが、コンプレッサー１７より要求されるトルクの最大値に達し、エンジン回転数が要求回転数に達する状態においてはスーパーチャージャ３０が運転されることはない。
【０１０７】
Ｓ３０３ではバルブアクチュエータ２２を作動させてバイパスバルブ１６を作動させ、ガスエンジン１１に対してバイパス吸気管３２を通る空気のみが供給される状態とする。
【０１０８】
次に、Ｓ３０４で電磁クラッチ３１を作動させてガスエンジン１１の動力によってスーパーチャージャ３０を駆動する。そして、スーパーチャージャ３０からバイパス吸気管３２を通じてガスエンジン１１に過給する。
【０１０９】
従って、Ｓ３０３，Ｓ３０４の処理により、ガスエンジン１１の経時劣化が進行し、スロットル開度が全開のときの出力トルクが不足し、エンジン回転数が要求回転数に達しなくなるとスーパーチャージャ３０が運転開始され、ガスエンジン１１が過給される。その結果、必要な要求トルクが確保され、エンジン回転数が要求回転数に達する。
【０１１０】
次に、Ｓ３０５，Ｓ３０６で、所定時間が経過する毎に、その時点における振動の大きさを計測し、その振動の大きさが、基準値よりも大きいか否かを判定する。
【０１１１】
そして、検出した振動の大きさが基準値以下であるときには、このＳ３０５，Ｓ３０６の処理を繰り返す。
このＳ３０５，Ｓ３０６の処理において、新たに検出された振動の大きさが基準値以下であるときには、エンジンシステム１０が正常に作動していると判定する。一方、振動の大きさが基準値を超えるときには、コンプレッサー１７内の循環不良や、冷媒回路内の切替弁の作動異常によって、コンプレッサー１７に異常に過大な負荷が加わった状態であると判定する。この場合、例えば、異常ランプ、異常ブザー等による報知や、ガスエンジン１１の運転停止を行うことができる。
【０１１２】
以上詳述した本実施形態は、前記第１実施形態の（１）に記載した効果の他、下記の効果を有する。
（３） ガスエンジン１１が出力低下状態となったか否かを、振動センサ６０が検出するガスエンジン１１の振動に基づいて判定するようにした。このため、振動センサ６０が検出する振動から、コンプレッサー１７の循環不良による負荷増大等による異常がエンジンシステム１０に発生したか否かを容易に判定することができる。
【０１１３】
（第８実施形態）
次に、本発明を具体化した第８実施形態を図１５及び図１６を用いて説明する。本実施形態は、前記第１実施形態における回転数センサ２３及び開度センサ２４に代えて振動センサ６０を設けたことと、前記第７実施形態における吸気切換制御の一部を変更して実行することのみが第１実施形態と異なる。従って、第２実施形態及び第７実施形態と同じ構成については、符号を同じにしてその説明を省略し、吸気切換制御の変更部分のみについて詳述する。
【０１１４】
本実施形態では、電気式過給機１２及びバイパス吸気管２１が過給手段を構成し、コントローラ１５が運転状態検出手段、出力状態判定手段及び判定手段である。また、バイパスバルブ１６及びバルブアクチュエータ２２が通路切換手段を構成し、オルタネータ１３及び電磁クラッチ１４が運転手段であり、また、コントローラ１５が吸気制御手段である。そして、通路切換手段、運転手段及び吸気制御手段が過給制御手段を構成する。
【０１１５】
本実施形態のコントローラ１５は、エンジン回転数及び振動の大きさに基づき、電磁クラッチ１４及びバイパスバルブ１６を作動制御する吸気切換制御を行う。
【０１１６】
本実施形態の吸気切換制御においても、前記第７実施形態と同様に、ガスエンジン１１の振動の大きさが基準値を超える運転状態が発生したか否かを判定し、このような運転状態が発生したときにガスエンジン１１が出力低下状態であると判定する。すなわち、振動センサ６０が検出する振動の大きさが運転状態に関わる値であって、この検出値が基準値より大きいか否かが判定基準である。
【０１１７】
そして、ガスエンジン１１が出力低下状態でないときには電気式過給機１２による過給を行わないとともにメイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。反対に、出力低下状態のときには、電気式過給機１２による過給を行うとともにバイパス吸気管２１を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【０１１８】
本実施形態の吸気切換制御は、図１６に示すように、前記第７実施形態の吸気切換制御におけるＳ３０４の処理内容が異なるだけである。
本実施形態のＳ３０４では、電磁クラッチ１４を作動させてガスエンジン１１の動力によってオルタネータ１３を駆動し、オルタネータ１３が供給する駆動電流によって電気式過給機１２を作動させる。そして、電気式過給機１２からバイパス吸気管３２を通じてガスエンジン１１に過給する。
【０１１９】
以上詳述した本実施形態は、前記第１実施形態の（１）、前記第７実施形態の（３）に記載した各効果を有する。
（第９実施形態）
次に、本発明を具体化した第９実施形態を図１７及び図１８を用いて説明する。本実施形態は、前記第３実施形態における回転数センサ２３及び開度センサ２４に代えて振動センサ６０を設けたことと、前記第７実施形態における吸気切換制御の一部を変更して実行することのみが第３実施形態と異なる。従って、第３実施形態及び第７実施形態と同じ構成については、符号を同じにしてその説明を省略し、吸気切換制御の変更部分のみについて詳述する。
【０１２０】
本実施形態では、ターボチャージャ４０及びバイパス吸気管４２が過給手段を構成し、コントローラ１５が運転状態検出手段、出力状態判定手段及び判定手段である。また、バイパスバルブ１６及びバルブアクチュエータ２２が通路切換手段を構成し、メイン排気管４１、バイパス排気管４３、排気側バイパスバルブ４４及びバルブアクチュエータ４５が運転手段を構成し、また、コントローラ１５が吸気制御手段である。そして、通路切換手段、運転手段及び吸気制御手段が過給制御手段を構成する。
【０１２１】
本実施形態のコントローラ１５は、エンジン回転数及び振動の大きさに基づき、バイパスバルブ１６及び排気側バイパスバルブ４４を作動制御する吸気切換制御を行う。
【０１２２】
本実施形態の吸気切換制御においても、前記第７実施形態と同様に、ガスエンジン１１の振動の大きさが所定の基準値を超える運転状態が発生したか否かを判定し、このような運転状態が発生したときにガスエンジン１１が出力低下状態であると判定する。すなわち、振動センサ６０が検出する振動の大きさが運転状態に関わる値であって、この検出値が基準値より大きいか否かが判定基準である。
【０１２３】
そして、ガスエンジン１１が出力低下状態でないときにはターボチャージャ４０による過給を行わないとともにメイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。反対に、出力低下状態のときには、ターボチャージャ４０による過給を行うとともにバイパス吸気管４２を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【０１２４】
本実施形態の吸気切換制御は、図１８に示すように、前記第７実施形態の吸気切換制御におけるＳ３０４の処理内容が異なるだけである。
本実施形態のＳ３０４ではバルブアクチュエータ４５を作動させて排気側バイパスバルブ４４を作動させ、ガスエンジン１１から排出される排気ガスをメイン排気管４１を通じてターボチャージャ４０に供給する。そして、この排気ガスによってターボチャージャ４０を駆動し、バイパス吸気管４２を通じてガスエンジン１１に過給する。
【０１２５】
以上詳述した本実施形態は、前記第１実施形態の（１）、前記第７実施形態の（３）に記載した各効果を有する。
（第１０実施形態）
次に、本発明を具体化した第１０実施形態を図１９及び図２０を用いて説明する。本実施形態は、前記第３実施形態における固定容量型のターボチャージャ４０を可変ノズルターボチャージャ７０に変更してバイパス排気管４３及び排気側バイパスバルブ４４を廃止したことと、吸気切換制御の一部を変更したことのみが第３実施形態と異なる。従って、可変ノズルターボチャージャ７０と、吸気切換制御の変更部分のみについて詳述する。
【０１２６】
過給機としての可変ノズルターボチャージャ（過給機。以下、可変ノズルターボという。）７０には、ガスエンジン１１の排気口に接続されたメイン排気管４１が接続され、メイン排気管４１を通じて供給される排気ガスによって駆動される。可変ノズルターボ７０は、その供給口がバイパス吸気管（副吸気通路）４２を介してメイン吸気管１８に対しスロットルバルブ１９よりも上流側で接続されている。可変ノズルターボ７０は、バイパス吸気管４２を通じてガスエンジン１１に過給可能である。
【０１２７】
本実施形態では、バイパス吸気管４２及び可変ノズルターボ７０が過給手段を構成し、コントローラ１５が運転状態検出手段、出力状態判定手段及び判定手段である。また、バイパスバルブ１６及びバルブアクチュエータ２２が通路切換手段を構成し、メイン排気管４１及びノズルアクチュエータ７１が運転手段を構成し、また、コントローラ１５が吸気制御手段である。そして、通路切換手段、運転手段及び吸気制御手段が過給制御手段を構成する。
【０１２８】
可変ノズルターボ７０は、その図示しないノズルベーンのノズル開度が、ノズルアクチュエータ７１によって調節されることでその過給能力が調節される。ノズルアクチュエータ７１は、コントローラ１５から供給される駆動電流によって作動する。
【０１２９】
本実施形態のコントローラ１５は、エンジン回転数及びスロットル開度に基づき、バイパスバルブ１６及びノズルアクチュエータ７１を制御する吸気切換制御を行う。
【０１３０】
本実施形態の吸気切換制御においても、前記第１実施形態と同様に、スロットル開度が全開であって、かつ、エンジン回転数が要求回転数に達しない運転状態が発生したか否かを判定し、このような運転状態が発生したときには出力低下状態であると判定する。すなわち、スロットル開度及びエンジン回転数が運転状態に関わる値であって、エンジン回転数が要求回転数に達していない状態においてスロットル開度が全開であるか否かが判定基準である。
【０１３１】
そして、ガスエンジン１１が出力低下状態でないときには可変ノズルターボ７０のノズル開度を全開にするとともにメイン吸気管１８を通じてのみガスエンジン１１に空気が供給されるようにする。反対に、出力低下状態のときには、可変ノズルターボ７０のノズル開度を全閉側に切り換えるとともにバイパス吸気管４２を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【０１３２】
さらに、本実施形態の吸気切換制御では、ガスエンジン１１が出力低下状態となり、可変ノズルターボ７０のノズル開度が全閉側に調節されている状態において、エンジン回転数に基づいてノズルアクチュエータ７１を制御し、出力トルクを要求トルクに維持する。
【０１３３】
次に、吸気切換制御の制御内容を、図２０に示すフローチャートに従って説明する。
Ｓ４００〜Ｓ４０４は、第１実施形態の吸気切換制御におけるＳ１００〜Ｓ１０４とそれぞれ同じ処理である。
【０１３４】
従って、Ｓ４００〜Ｓ４０４の処理により、ガスエンジン１１の経時劣化に伴い、スロットル開度に対して得られる出力トルクが低下していても、エンジン回転数及び要求回転数に基づいてスロットル開度がより開き側に調節され、要求回転数に応じたエンジン回転数が確保される。
【０１３５】
Ｓ４０３でスロットル開度が全開であったときには、次に、Ｓ４０５でバルブアクチュエータ２２を作動させてバイパスバルブ１６を作動させ、メイン吸気管１８に対してバイパス吸気管４２を連通させる。そして、バイパス吸気管４２を通る空気のみがガスエンジン１１に供給されるようにする。
【０１３６】
次に、Ｓ４０６でノズルアクチュエータ７１を作動させ、ノズルベーンのノズル開度を、全開から全閉側の所定のノズル開度に切り換える。そして、ガスエンジン１１から排出される排気ガスによって可変ノズルターボ７０を駆動させ、バイパス吸気管４２を通じてガスエンジン１１に過給させる。
【０１３７】
従って、Ｓ４０３，Ｓ４０５，Ｓ４０６の処理により、ガスエンジン１１の経時劣化が進行し、スロットル開度が全開のときの出力トルクが不足し、エンジン回転数が要求回転数に達しなくなると、可変ノズルターボチャージャ７０のノズル開度が全開から全閉側に切り換えられ、ガスエンジン１１が過給される。その結果、必要な要求トルクが確保され、エンジン回転数が要求回転数に達する。
【０１３８】
次に、Ｓ４０７で、エンジン回転数が要求回転数に一致しているか否かを判定し、一致しているときには、そのときのノズル開度を維持する。
Ｓ４０７でエンジン回転数が要求回転数に一致していなかったときには、次にＳ４０８で、エンジン回転数が要求回転数よりも低いか否かを判定する。
【０１３９】
Ｓ４０８でエンジン回転数が要求回転数以上であったときには、次に、Ｓ４０９でノズル開度を所定量だけ全開側に調節する。そして、可変ノズルターボの過給圧を減少させ、エンジン回転数を下降させる。
【０１４０】
一方、Ｓ４０８でエンジン回転数が要求回転数未満であったときには、次に、Ｓ４１０で、ノズル開度を所定量だけ全閉側に調節する。そして、可変ノズルターボの過給圧を増大させ、エンジン回転数を上昇させる。
【０１４１】
従って、Ｓ４０７〜Ｓ４１０の処理により、ガスエンジン１１が過給されている状態において、エンジン回転数と要求回転数とに基づいて可変ノズルターボチャージャ７０のノズル開度が調節され、エンジン回転数が要求回転数に維持される。
【０１４２】
以上詳述した本実施形態は、前記第１実施形態の（１）に記載した効果の他、下記の効果を有する。
（４） ガスエンジン１１が出力低下状態となったときに過給能力を最大側に調節して過給を開始した後、エンジン回転数及び要求回転数に基づいてノズル開度を調節し、エンジン回転数を要求回転数に一致させるようにした。従って、エンジン回転数及び要求回転数に基づいてスロットル開度を調節することでエンジン回転数を要求回転数に一致させる場合に比較して、より早い時点でエンジン回転数を低下させることができるので、ガスエンジン１１の制御性が向上する。
【０１４３】
（その他の実施形態）
次に、上記第１〜第１０実施形態以外の実施形態を列記する。
○ 前記第１実施形態において、電気式過給機１２からガスエンジン１１に過給が行われている状態において、エンジン回転数と要求回転数とに基づいてコントローラ１５が電気式過給機１２に供給する駆動電流を制御し、エンジン回転数が要求回転数に一致するようにその過給能力を制御する構成とする。
【０１４４】
○ 前記第４、第５、第６、第７、第８及び第９実施形態で、ガスエンジン１１に過給が行われている状態において、エンジン回転数と要求回転数とに基づいてコントローラ１５がスロットル開度を調節し、エンジン回転数を要求回転数に一致させる構成とする。
【０１４５】
○ 前記第１〜第３及び第１０実施形態で、エンジン回転数が要求回転数に達しなくなった状態においてスロットル開度が全開に近い所定の開度となったときに、過給機を運転開始する構成とする。この所定のスロットル開度は、例えば、コンプレッサー１７より要求されるトルクの最大値と同じ出力トルクを発生するときのスロットル開度と、同じく要求トルクの最小値と同じ出力トルクを発生するときのスロットル開度との差分値だけ、全開値より閉じ側のスロットル開度とする。この場合には、ガスエンジン１１が出力低下状態となったときに、コンプレッサー１７の要求トルクがその最小値であってスロットル開度が全開となっていなくても、過給が開始される。このため、この状態から要求トルクが最小値から急上昇したときにも出力トルクが不足しないようにし、エンジン回転数を要求回転数により確実に維持することができる。
【０１４６】
○ 前記第３、第４及び第９実施形態で、バイパス排気管４３に代えて、ターボチャージャ４０のハウジングに設けられたウェイストゲートを用い、排気側バイパスバルブ４４に代えてウェイストゲートバルブを用いる構成とする。この場合にも、それぞれの効果がある。
【０１４７】
○ 前記第４、第５及び第６実施形態で、吸気量センサ５０は、エアフローメータ、吸気管圧力を圧力センサで検出する方式、カルマン渦センサ、ホットワイヤセンサ、ホットフィルムセンサ等のいずれでもよい。
【０１４８】
○ 前記第２、第６及び第７実施形態で、スーパーチャージャ３０の形式は、ルーツブロワタイプ、リショルムコンプレッサータイプ、スパイラルコンプレッサータイプ、プレッシャウェイブタイプ等のいずれであってもよい。
【０１４９】
○ 前記第１０実施形態で、可変ノズルターボチャージャ７０に代えて、例えばタービンケーシングの容量を変化させるタイプの可変容量型ターボチャージャを用いた構成とする。
【０１５０】
（その他の技術的思想）
以下、前記各実施形態から把握される技術的思想を列記する。
（１） 前記過給機は電気式過給機（１２）であって、前記運転手段は、電気式過給機に駆動電流を供給可能な発電手段（オルタネータ１３）と、前記ガスエンジンの動力を発電手段に対し伝達又は遮断する伝達手段（電磁クラッチ１４）とからなることを特徴とするガスヒートポンプ用エンジンシステム。
【０１５１】
（２） 前記過給機はスーパーチャージャ（３０）であって、前記運転手段は、前記ガスエンジンの動力を前記スーパーチャージャに伝達又は遮断する伝達手段（電磁クラッチ３１）であることを特徴とするガスヒートポンプ用エンジンシステム。
【０１５２】
（３） 前記過給機はターボチャージャ（４０）であって、前記運転手段は、前記ガスエンジンが排出する排気ガスを前記ターボチャージャに供給した後に排出する主排気通路（メイン排気管４１）と、該主排気通路に接続され、ターボチャージャを迂回して排気ガスを排出する副排気通路（バイパス排気管４３）と、主排気通路に対し副排気通路を連通又は遮断することでターボチャージャに対し排気ガスを供給又は供給停止する排気通路切換手段（排気側バイパスバルブ４４、バルブアクチュエータ４５）とからなることを特徴とするガスヒートポンプ用エンジンシステム。
【０１５３】
（４） 前記過給手段がガスエンジンに過給している状態において、前記出力トルクが前記要求トルクとなるように前記スロットル開度を調節するスロットル開度制御手段（コントローラ１５、スロットルアクチュエータ２０、回転数センサ２３）を備えていることを特徴とするガスヒートポンプ用エンジンシステム。
【０１５４】
（５） 前記過給機は、前記ガスエンジンに対する過給能力を調節可能な可変容量型ターボチャージャ（７０）であって、該可変用容量型ターボチャージャの過給能力を調節するアクチュエータ（ノズルアクチュエータ７１）を備え、前記吸気制御手段は、前記運転状態に基づいて前記アクチュエータを制御し、前記ガスエンジンが前記出力低下状態でないときには前記過給能力をほぼ最小に調節し、また、前記出力低下状態のときには過給能力を最大側に調節することを特徴とするガスヒートポンプ用エンジンシステム。
【０１５５】
（６） 上記技術的思想（５）に記載の発明において、前記過給能力が最大側に調節されている状態において、前記出力トルクが前記要求トルクとなるように過給能力を調節する過給力制御手段（コントローラ１５、ノズルアクチュエータ７１）を備えていることを特徴とするガスヒートポンプ用エンジンシステム。
【０１５６】
【発明の効果】
請求項１〜請求項５に記載の発明によれば、コンプレッサーより要求されるトルクの最大値に対し、従来より排気量が小さいガスエンジンを用い、スロットル開度をより全開側にして運転することができるため、運転中のポンピングロスがより小さくなる。従って、熱効率がより高い状態でガスエンジンを運転することができ、その燃費を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態のガスヒートポンプ用エンジンシステムを示す模式図。
【図２】 吸気切換制御を示すフローチャート。
【図３】 第２実施形態のエンジンシステムを示す模式図。
【図４】 吸気切換制御のステップを示す図。
【図５】 第３実施形態のエンジンシステム示す模式図。
【図６】 吸気切換制御のステップを示す図。
【図７】 第４実施形態のエンジンシステムを示す模式図。
【図８】 吸気切換制御を示すフローチャート。
【図９】 第５実施形態のエンジンシステムを示す模式図。
【図１０】 吸気切換制御のステップを示す図。
【図１１】 第６実施形態のエンジンシステムを示す模式図。
【図１２】 吸気切換制御のステップを示す図。
【図１３】 第７実施形態のエンジンシステムを示す模式図。
【図１４】 吸気切換制御を示すフローチャート。
【図１５】 第８実施形態のエンジンシステムを示す模式図。
【図１６】 吸気切換制御のステップを示す図。
【図１７】 第９実施形態のエンジンシステムを示す模式図。
【図１８】 吸気切換制御のステップを示す図。
【図１９】 第１０実施形態のエンジンシステムを示す模式図。
【図２０】 吸気切換制御を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０…エンジンシステム、１１…ガスエンジン、１２…過給手段を構成する過給機としての電気式過給機、１３…過給制御手段、運転手段を構成するオルタネータ、１４…同じく電磁クラッチ、１５…判定手段、運転状態検出手段、出力状態判定手段及び吸気制御手段としてのコントローラ、１６…過給制御手段、通路切換手段を構成するバイパスバルブ、１７…コンプレッサー、１８…吸気通路としてのメイン吸気管、１９…スロットルバルブ、２１…過給手段を構成する副吸気通路としてのバイパス吸気管、２２…過給制御手段、通路切換手段を構成するバルブアクチュエータ、２３…回転数センサ、２４…開度センサ、３０…過給手段を構成する過給機としてのスーパーチャージャ、３１…過給制御手段を構成する運転手段としての電磁クラッチ、３２…過給手段を構成する副吸気通路としてのバイパス吸気管、４０…過給手段を構成する過給機としてのターボチャージャ、４１…過給制御手段、運転手段を構成するメイン排気管、４２…過給手段を構成する副吸気通路としてのバイパス吸気管、４３…過給制御手段、運転手段を構成するバイパス排気管、４４…同じく排気側バイパスバルブ、４５…同じくバルブアクチュエータ、５０…吸気量センサ、６０…振動センサ、７０…過給手段を構成する過給機としての可変容量型ターボチャージャ、７１…過給制御手段を構成する運転手段としてのノズルアクチュエータ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an engine system for a gas heat pump.
[0002]
[Prior art]
In a gas heat pump, a compressor is driven by a gas engine. Therefore, in order to reduce running costs, it is important to improve the thermal efficiency and fuel efficiency of the gas engine.
[0003]
One method for improving the thermal efficiency of the gas engine is to operate the throttle valve as close to full opening as possible within the practical rotation range. In this way, the pumping loss can be reduced in the operation in the practical rotation range, and the operation state with higher thermal efficiency can be realized.
[0004]
On the other hand, a gas engine used for a gas heat pump has a longer use time than a passenger car engine, and also requires a longer maintenance interval as a user's need. Therefore, in the gas engine, even if the performance deteriorates due to deterioration over time, the torque required by the initial compressor used so that the output torque corresponding to the required torque of the compressor can be obtained if the throttle opening is further opened. A displacement with a displacement larger than that assumed from the maximum value of was used. As long as the decrease in output torque due to deterioration over time is small, even when the maximum torque required by the compressor is output, operation is performed with the throttle opening closer to the closed side than the throttle fully open, as much as allowance for deterioration over time is expected. It had been.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, as long as the decrease in output torque due to the deterioration of the gas engine over time is small, the engine is operated with the throttle opening closer to the closed side. Therefore, the pumping loss is large and the operation with the low thermal efficiency is inevitable. . For this reason, the fuel consumption of the gas engine could not be improved, and the running cost of the gas heat pump could not be reduced.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an engine system for a gas heat pump capable of operating a gas engine with higher thermal efficiency and improving its fuel efficiency. Is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is directed to an engine system for a gas heat pump in which a compressor is driven by a gas engine, and an engine speed of the gas engine is controlled by a throttle valve disposed in an intake passage. The supercharger capable of supercharging combustion air to the gas engine, and the throttle opening of the throttle valve is almost fully open, and the engine speed does not reach the required speed. Determination means for determining whether or not the engine is in an operating state, and supercharging control means for performing supercharging when it is determined that the gas engine is in the output reduction state. Means is connected to the intake passage upstream of the throttle valve, and a gas engine is connected to the intake passage through the auxiliary intake passage. A supercharger capable of supercharging combustion air, and the supercharging control means is connected to the upstream side of the intake passage and the auxiliary intake passage at a connection portion between the auxiliary intake passage and the intake passage. A passage switching means for switching between, a driving means for operating or stopping the supercharger, and a control means for controlling the passage switching means and the driving means based on a determination result of the determination means. , Communicating the intake passage downstream of the connecting portion and the auxiliary intake passage, and operating the superchargerSo as to control the driving meansIt consists of intake control means.
[0008]
  According to the first aspect of the present invention, when the gas engine is deteriorated with time, the output torque when the throttle opening is almost fully opened is insufficient, and the engine is supercharged when the engine speed does not reach the required speed. The means supercharges the gas engine, and an output torque corresponding to the required torque is secured. For this reason, it is possible to use a gas engine with a smaller displacement compared to the maximum torque required by the compressor and to operate with the throttle opening more fully open. Becomes smaller.
Further, when the gas engine is in a reduced output state, combustion air is supercharged from the supercharger to the gas engine through the auxiliary intake passage connected to the intake passage upstream of the throttle valve. When the output of the gas engine is reduced, the supercharging control means controls the passage switching means to connect the auxiliary intake passage to the intake passage and to operate the supercharger. Then, the gas engine is supercharged through the auxiliary intake passage.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the determination unit includes an operation state detection unit that detects a value related to an operation state by a sensor disposed in each part of the gas engine, and the operation state. It comprises output state determination means for determining whether or not the output reduction state is based on a detection value of the detection means and a predetermined criterion.
[0010]
According to the invention described in claim 2, in addition to the operation of the invention described in claim 1, the operation state detection means detects a value related to the operation state by means of a sensor arranged in each part of the gas engine. Then, based on the detected value and a preset criterion, the output state determination unit determines whether or not the output is in a reduced state.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the operating state detecting means detects the throttle opening and the engine speed.
According to the invention described in claim 3, in addition to the operation of the invention described in claim 2, it is determined whether or not the output is in a reduced state based on the throttle opening and the engine speed.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the operating state detecting means detects an intake amount of the gas engine.
According to the invention described in claim 4, in addition to the operation of the invention described in claim 2, it is determined based on the intake amount of the gas engine whether or not the output is reduced.
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the operating state detecting means detects vibration of the gas engine.
According to the invention described in claim 5, in addition to the operation of the invention described in claim 2, it is determined whether or not the output is in a reduced state based on the vibration of the gas engine.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is embodied in an engine system for a gas heat pump will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
[0019]
As shown in FIG. 1, an engine system 10 of this embodiment is provided in a gas heat pump system, and includes a gas engine 11, an electric supercharger 12, an alternator 13, an electromagnetic clutch 14, a controller 15, and a bypass valve. 16 or the like.
[0020]
The gas engine 11 directly drives a compressor 17 that is a component of the gas heat pump. A main intake pipe (intake passage) 18 for introducing combustion air is connected to the gas engine 11. The main intake pipe 18 communicates with the outside air via an air cleaner (not shown).
[0021]
In the downstream area of the main intake pipe 18, a throttle valve 19 that adjusts the intake amount of combustion air taken in by the gas engine 11 is provided. The throttle opening of the throttle valve 19 is adjusted in the range from fully closed to fully open.
[0022]
The throttle valve 19 is operated by a throttle actuator 20. The throttle actuator 20 is controlled by a main controller (not shown) of the gas heat pump. For example, the main controller sets a required rotational speed (target rotational speed) for the rotational speed of the gas engine 11 proportional to the rotational speed of the compressor 17 based on information such as the set temperature and the actual room temperature. Then, the throttle opening is adjusted by controlling the operation of the throttle actuator 20 so that the actual rotational speed of the gas engine 11 becomes the target rotational speed.
[0023]
The engine system 10 is provided with a carburetor (not shown). The carburetor supplies an amount of gas corresponding to the throttle opening to the gas engine 11.
[0024]
A bypass intake pipe (sub intake passage) 21 is connected to the main intake pipe 18. The bypass intake pipe 21 communicates the upstream area and the downstream area of the main intake pipe 18 and is connected to the upstream side of the throttle valve 19 in the downstream area.
[0025]
On the bypass intake pipe 21, an electric supercharger (supercharger) 12 that drives a compressor by a motor is provided. The electric supercharger 12 can supercharge combustion air to the gas engine 11 through the bypass intake pipe 21.
[0026]
A bypass valve 16 is provided at a downstream connection portion between the main intake pipe 18 and the bypass intake pipe 21. The bypass valve 16 switches between the upstream side of the main intake pipe 18 and the bypass intake pipe 21. When the upstream side communicates with the main intake pipe 18 on the downstream side of the connecting portion, air is supplied to the gas engine 11 only through the main intake pipe 18. On the other hand, when the bypass intake pipe 21 communicates with the downstream side of the main intake pipe 18, only the air passing through the bypass intake pipe 21 is supplied to the gas engine 11.
[0027]
The bypass valve 16 is operated by a valve actuator 22. The valve actuator 22 is operated by a drive current supplied from the controller 15.
[0028]
An alternator 13 is connected to the gas engine 11 via an electromagnetic clutch 14. The electromagnetic clutch 14 is operated by an excitation current supplied from the controller 15, and transmits or interrupts the power of the gas engine 11 to the alternator 13. The alternator 13 is driven by the power of the gas engine 11 transmitted via the electromagnetic clutch 14 and supplies the generated electric power to the electric supercharger 12.
[0029]
The electric supercharger 12 is operated by electric power supplied from the alternator 13 and supercharges combustion air to the gas engine 11 through the bypass intake pipe 21.
Next, the electrical configuration of the present embodiment will be described.
[0030]
The gas engine 11 is provided with a rotation speed sensor 23 for detecting the engine rotation speed. The throttle valve 19 is provided with an opening sensor 24 for detecting the throttle opening.
[0031]
The controller 15 acquires the engine rotational speed based on the detection signal input from the rotational speed sensor 23 and acquires the throttle opening based on the detection signal input from the opening sensor 24.
[0032]
The controller 15 performs intake air switching control for controlling the operation of the electromagnetic clutch 14 and the bypass valve 16 based on the engine speed and the throttle opening.
The controller 15 acquires the required rotation speed of the gas engine 11 from the main controller and uses it in the intake air switching control.
[0033]
In the present embodiment, the electric supercharger 12 and the bypass intake pipe 21 constitute supercharging means, and the controller 15 is an operating state detection means, an output state determination means, and a determination means. Further, the bypass valve 16 and the valve actuator 22 constitute a passage switching means, the alternator 13 and the electromagnetic clutch 14 constitute an operation means, and the controller 15 is an intake control means. The passage switching means, the operation means, and the intake control means constitute supercharging control means.
[0034]
In the intake air switching control, it is determined whether or not the gas engine 11 is in an output reduction state in which the throttle opening is fully open and the engine speed does not reach the required speed due to insufficient output torque of the gas engine 11. The determination is made based on the operating state.
[0035]
In the present embodiment, when the throttle opening is fully open and the engine speed has not reached the required speed, it is determined that the output is in a reduced state. That is, the throttle opening detected by the opening sensor 24 and the engine rotational speed detected by the rotational speed sensor 23 are values related to the operating state, and the throttle opening is fully open and the engine rotational speed is the required rotational speed. Whether or not the driving state does not reach is a criterion.
[0036]
When the gas engine 11 is not in a reduced output state, supercharging by the electric supercharger 12 is not performed and air is supplied to the gas engine 11 only through the main intake pipe 18. On the contrary, when the output is reduced, supercharging is performed by the electric supercharger 12 and only the air passing through the bypass intake pipe 21 is supplied to the gas engine 11.
[0037]
Next, the control content of the intake air switching control will be described according to the flowchart shown in FIG.
First, in step (hereinafter abbreviated as S) 100, it is determined whether or not the engine speed detected by the speed sensor 23 matches the required speed set by the main controller. This required rotational speed is set by the main controller in accordance with the temperature difference between the set temperature for the gas heat pump and the actual room temperature.
[0038]
If the engine speed does not match the required engine speed in S100, it is next determined in S101 whether the engine speed is lower than the required engine speed.
If the engine speed is greater than or equal to the required engine speed in S101, then in S102, based on the throttle opening detected by the opening sensor 24, a command signal for adjusting the throttle opening to the closing side by a predetermined amount is issued. Output to the main controller. Then, the throttle actuator 20 is operated via the main controller, the throttle opening is adjusted to the closed side by a predetermined amount, and the process returns to S100.
[0039]
On the other hand, if the engine speed is lower than the requested speed in S101, it is next determined in S103 whether the throttle opening at that time is fully open.
If the throttle opening is not fully open in S103, then in S104, a command signal for adjusting the throttle opening to the open side is output to the main controller. Then, the throttle actuator 20 is operated via the main controller to adjust the throttle opening to the open side by a predetermined amount, and then the process returns to S100.
[0040]
Therefore, even if the output torque obtained with respect to the throttle opening decreases as the gas engine 11 deteriorates with time due to the processing of S100 to S104, the throttle opening is further increased based on the engine speed and the required rotational speed. It is adjusted to the opening side, and the engine speed according to the required speed is secured.
[0041]
On the other hand, if the throttle opening is fully open in S103, then in S105, the valve actuator 22 is operated to operate the bypass valve 16, and the bypass intake pipe 21 is communicated with the main intake pipe 18. Then, only the air passing through the bypass intake pipe 21 is supplied to the gas engine 11.
[0042]
In S106 following S105, the electromagnetic clutch 14 is operated to drive-couple the alternator 13 to the gas engine 11, and the alternator 13 is driven by the power of the gas engine 11. Then, the electric supercharger 12 is operated by the drive current generated by the alternator 13, and the gas engine 11 is supercharged from the electric supercharger 12 through the bypass intake pipe 21.
[0043]
Accordingly, when the gas engine 11 deteriorates with time due to the processing of S103, S105, and S106, the output torque when the throttle opening is fully open becomes insufficient, and the engine speed does not reach the required speed, The operation of the feeder 12 is started and the gas engine 11 is supercharged. As a result, necessary required torque is ensured, and the rotational speed of the gas engine 11 is increased to the required rotational speed.
[0044]
Next, in S107, it is determined whether or not the engine speed matches the required speed. When the engine speed matches the required speed, the throttle opening is kept fully open.
[0045]
On the other hand, if the engine speed does not match the required engine speed in S107, it is next determined in S108 whether the engine speed is less than the required engine speed.
[0046]
If the engine speed is greater than or equal to the required speed in S108, then in S109, the throttle opening is adjusted to the fully closed side via the main controller, and the engine speed is decreased.
[0047]
On the other hand, when the engine speed is less than the required speed in S108, the throttle opening is adjusted to the fully open side via the main controller in S110, and the engine speed is increased.
[0048]
Therefore, in the state in which the gas engine 11 is supercharged by the processing of S107 to S110, the throttle opening is adjusted based on the engine speed and the required speed, and the engine speed is maintained at the required speed. .
[0049]
The effects of the embodiment described in detail above will be listed.
(1) When the gas engine 11 is deteriorated with time, the output torque when the throttle is fully opened becomes insufficient, and the engine speed reaches a required output speed, the electric supercharger 12 is started to operate. 11 is supercharged. As a result, an output torque corresponding to the required torque is ensured, and the engine speed is controlled to the required speed. For this reason, the gas engine 11 having a smaller displacement than the conventional one can be used for the maximum torque required from the compressor 17, and the operation can be performed with the throttle opening being more fully open. Pumping loss is reduced.
[0050]
As a result, the gas engine 11 can be operated with higher thermal efficiency, and the fuel efficiency can be improved. Therefore, the running cost of the gas heat pump can be reduced.
[0051]
(2) The controller 15 grasps the operating state of the gas engine 11 from the engine speed and the throttle opening, and determines whether or not the output is in a reduced state. Therefore, since a basic detection amount necessary for engine control is used, a detection amount that needs to be newly detected is unnecessary, and a new sensor for that purpose is not required.
[0052]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the electric supercharger 12, the alternator 13, the electromagnetic clutch 14 and the bypass intake pipe 21 in the first embodiment are changed to a supercharger 30, an electromagnetic clutch 31 and a bypass intake pipe 32, and the intake air Only the change of part of the switching control is different from the first embodiment. Therefore, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and only the supercharger 30, the electromagnetic clutch 31, the bypass intake pipe 32, and the changed portion of the intake air switching control will be described in detail.
[0053]
The supercharger (supercharger) 30 is connected to the output shaft of the gas engine 11 via an electromagnetic clutch 31. The electromagnetic clutch 31 is operated by the excitation current supplied from the controller 15, and transmits or interrupts the power of the gas engine 11 to the supercharger 30.
[0054]
The supercharger 30 is driven by the power of the gas engine 11 transmitted through the electromagnetic clutch 31. The supply port of the supercharger 30 is connected to the main intake pipe 18 on the upstream side of the throttle valve 19 via a bypass intake pipe (sub intake passage) 32. The supercharger 30 is operated by power supplied from the gas engine 11 and supercharges combustion air to the gas engine 11 through the bypass intake pipe 32.
[0055]
A bypass valve 16 is provided at a connection portion between the main intake pipe 18 and the bypass intake pipe 32. The bypass valve 16 switches between the upstream side of the main intake pipe 18 and the bypass intake pipe 32. When the main intake pipe 18 upstream of the connecting portion is communicated with the downstream side, air is supplied to the gas engine 11 only through the main intake pipe 18. On the other hand, when the bypass intake pipe 32 is communicated with the downstream side of the main intake pipe 18, only the air passing through the bypass intake pipe 32 is supplied to the gas engine 11.
[0056]
In the present embodiment, the supercharger 30 and the bypass intake pipe 32 constitute supercharging means, and the controller 15 is an operating state detecting means, an output state determining means, and a determining means. The bypass valve 16 and the valve actuator 22 constitute passage switching means, the electromagnetic clutch 31 is operating means, and the controller 15 is intake control means. The passage switching means, the operation means, and the intake control means constitute supercharging control means.
[0057]
The controller 15 of this embodiment performs intake air switching control for controlling the operation of the electromagnetic clutch 31 and the bypass valve 16 based on the engine speed and the throttle opening.
[0058]
Also in the intake air switching control of the present embodiment, as in the first embodiment, it is determined whether or not an operating state has occurred in which the throttle opening is fully open and the engine speed does not reach the required speed. When such an operation state occurs, it is determined that the gas engine 11 is in a reduced output state. That is, whether the throttle opening is fully open in a state where the throttle opening and the engine speed are values related to the operating state and the engine speed has not reached the required rotational speed is a criterion.
[0059]
Then, when the gas engine 11 is not in the output reduction state, supercharging by the supercharger 30 is not performed and air is supplied to the gas engine 11 only through the main intake pipe 18. On the contrary, when the output is reduced, supercharging is performed by the supercharger 30 and only the air passing through the bypass intake pipe 32 is supplied to the gas engine 11.
[0060]
As shown in FIG. 4, the intake air switching control of the present embodiment is different only in the processing content of S106 in the intake air switching control of the first embodiment.
In S <b> 106 of the present embodiment, the supercharger 30 is driven by the power of the gas engine 11 by operating the electromagnetic clutch 31. Then, the gas engine 11 is supercharged from the supercharger 30 through the bypass intake pipe 32.
[0061]
The present embodiment described in detail above also has the effects described in (1) and (2) of the first embodiment.
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, instead of the electric supercharger 12, the alternator 13, the electromagnetic clutch 14, and the bypass intake pipe 21 in the first embodiment, a turbocharger 40, a main exhaust pipe 41, a bypass intake pipe 42, and a bypass exhaust pipe 43, the exhaust side bypass valve 44 and the valve actuator 45 are provided. Further, a part of the intake air switching control is changed from the first embodiment. Accordingly, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and the turbocharger 40, the bypass intake pipe 42, the main exhaust pipe 41, the bypass exhaust pipe 43, the exhaust side bypass valve 44, and the valve actuator are omitted. 45 and only the changed part of the intake air switching control will be described in detail.
[0062]
The turbocharger (supercharger) 40 is a fixed capacity type, and is connected to a main exhaust pipe 41 connected to an exhaust port of the gas engine 11 and is driven by exhaust gas supplied through the main exhaust pipe 41. Further, the supply port of the turbocharger 40 is connected to the main intake pipe 18 on the upstream side of the throttle valve 19 via a bypass intake pipe (sub intake passage) 42. The turbocharger 40 can supercharge combustion air to the gas engine through the bypass intake pipe 42.
[0063]
A bypass exhaust pipe 43 that bypasses the turbocharger 40 is connected to the main exhaust pipe 41. The bypass exhaust pipe 43 directly discharges the exhaust gas discharged from the gas engine 11 to the outside without supplying it to the turbocharger 40.
[0064]
An exhaust-side bypass valve 44 is provided at a connection portion on the upstream side of the turbocharger 40 among the connection portions of the main exhaust pipe 41 and the bypass exhaust pipe 43. The exhaust side bypass valve 44 communicates or blocks the bypass exhaust pipe 43 with respect to the main exhaust pipe 41. When the bypass exhaust pipe 43 is not communicated with the main exhaust pipe 41, the exhaust gas is discharged only through the main exhaust pipe 41. Further, when the bypass exhaust pipe 43 is communicated with the main exhaust pipe 41, the exhaust gas is discharged only through the bypass exhaust pipe 43.
[0065]
The exhaust side bypass valve 44 is operated by a valve actuator 45. The valve actuator 45 is operated by a drive current supplied from the controller 15.
[0066]
A bypass valve 16 is provided at a connection portion between the main intake pipe 18 and the bypass intake pipe 42. The bypass valve 16 switches between the upstream side of the main intake pipe 18 and the bypass intake pipe 42. When the main intake pipe 18 upstream of the connecting portion is communicated with the downstream side, air is supplied to the gas engine 11 only through the main intake pipe 18. On the other hand, when the bypass intake pipe 42 communicates with the downstream side of the main intake pipe 18, only the air passing through the bypass intake pipe 42 is supplied to the gas engine 11.
[0067]
In the present embodiment, the turbocharger 40 and the bypass intake pipe 42 constitute a supercharging means, and the controller 15 is an operating state detection means, an output state determination means, and a determination means. The bypass valve 16 and the valve actuator 22 constitute a passage switching means, the main exhaust pipe 41, the bypass exhaust pipe 43, the exhaust side bypass valve 44 and the valve actuator 45 constitute an operation means, and the controller 15 controls the intake air. Means. The passage switching means, the operation means, and the intake control means constitute supercharging control means.
[0068]
The controller 15 of the present embodiment performs intake air switching control for controlling the operation of the bypass valve 16 and the exhaust side bypass valve 44 based on the engine speed and the throttle opening.
[0069]
Also in the intake air switching control of the present embodiment, as in the first embodiment, it is determined whether or not an operating state has occurred in which the throttle opening is fully open and the engine speed does not reach the required speed. When such an operation state occurs, it is determined that the gas engine 11 is in a reduced output state. That is, whether the throttle opening is fully open in a state where the throttle opening and the engine speed are values related to the operating state and the engine speed has not reached the required rotational speed is a criterion.
[0070]
Then, when the gas engine 11 is not in the output reduction state, supercharging by the turbocharger 40 is not performed and air is supplied to the gas engine 11 only through the main intake pipe 18. On the contrary, when the output is reduced, supercharging is performed by the turbocharger 40 and only the air passing through the bypass intake pipe 42 is supplied to the gas engine 11.
[0071]
As shown in FIG. 6, the intake air switching control of the present embodiment is different only in the processing content of S106 in the intake air switching control of the first embodiment.
In S106 of this embodiment, the valve actuator 45 is operated to operate the exhaust side bypass valve 44, and the exhaust gas discharged from the gas engine 11 is supplied to the turbocharger 40 through the main exhaust pipe 41. Then, the turbocharger 40 is driven by this exhaust gas, and the gas engine 11 is supercharged through the bypass intake pipe 42.
[0072]
The present embodiment described in detail above also has the effects described in (1) and (2) of the first embodiment.
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS. The present embodiment differs from the third embodiment only in that an intake air amount sensor 50 is provided instead of the rotation speed sensor 23 and the opening degree sensor 24 in the third embodiment, and the content of the intake air switching control is changed. . Accordingly, the same components as those in the third embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and only the intake air amount sensor 50 and the changed portion of the intake air switching control will be described in detail.
[0073]
The intake air amount sensor 50 is provided at the entrance of the main intake pipe 18 and detects the intake amount of combustion air introduced into the main intake pipe 18 through the air cleaner.
The controller 15 acquires the intake air amount of the combustion air based on the detection signal input from the intake air amount sensor 50.
[0074]
In the present embodiment, the turbocharger 40 and the bypass intake pipe 42 constitute a supercharging means, and the controller 15 is an operating state detection means, an output state determination means, and a determination means. The bypass valve 16 and the valve actuator 22 constitute a passage switching means, the main exhaust pipe 41, the bypass exhaust pipe 43, the exhaust side bypass valve 44 and the valve actuator 45 constitute an operation means, and the controller 15 controls the intake air. Means. The passage switching means, the operation means, and the intake control means constitute supercharging control means.
[0075]
The controller 15 of the present embodiment performs intake air switching control for controlling the operation of the bypass valve 16 and the exhaust side bypass valve 44 based on the intake air amount.
In the intake air switching control, the operation of whether or not the gas engine 11 is in a reduced output state in which the throttle opening is fully open and the engine speed does not reach the required speed due to insufficient output torque is determined. Determine based on state.
[0076]
In the present embodiment, when the intake amount of the gas engine 11 decreases with time, it is determined that the output is in a reduced state. That is, the intake air amount detected by the intake air amount sensor 50 is a value related to the operating state, and whether or not the intake air amount decreases with time is a criterion.
[0077]
Then, when the gas engine 11 is not in the output reduction state, supercharging by the turbocharger 40 is not performed and air is supplied to the gas engine 11 only through the main intake pipe 18. On the contrary, when the output is reduced, supercharging is performed by the turbocharger 40 and only the air passing through the bypass intake pipe 42 is supplied to the gas engine 11.
[0078]
Note that, in the intake air switching control of the present embodiment, unlike the intake air switching control of the first, second, and third embodiments, the throttle opening is not adjusted according to the deterioration of the gas engine 11 over time. Adjustment of the throttle opening accompanying the deterioration with time is executed by another control performed by the controller 15.
[0079]
Next, the control content of the intake air switching control will be described according to the flowchart shown in FIG.
First, at S200 and S201, every time a predetermined time elapses, the intake amount of combustion air detected by the intake amount sensor 50 is acquired, and the intake amount detected this time is the same as the intake amount detected last time. Or whether it is increasing.
[0080]
When the current intake air amount is the same as or increased from the previous intake air amount, the processes of S200 and S201 are repeated.
In the processes of S200 and S201, when the current intake air amount is the same as or increased from the previous intake air amount, the gas engine 11 generates an output torque corresponding to the maximum value of torque required from the compressor 17. Supply is performed without supercharging, and it is determined that the engine speed has reached the required speed. That is, the intake air amount is the same amount or increases over time because the deterioration of the gas engine 11 with time does not progress or the engine speed decreased with the progress of deterioration over time is maintained at the required rotation speed. This is because the throttle opening is adjusted to the more open side. In this case, since it can be determined that the throttle opening is not fully open, monitoring of the intake air amount is continued.
[0081]
On the other hand, when the current intake air amount is smaller than the previous intake air amount, the output torque does not reach the maximum torque value required by the compressor 17 even though the throttle opening is fully opened, and the engine This is a state in which the rotational speed does not reach the required rotational speed. In this case, the monitoring of the intake air amount is stopped and S202 is executed.
[0082]
Therefore, even if the deterioration of the gas engine 11 progresses due to the processing of S200 and S201, the output torque when the throttle opening is fully opened reaches the maximum value of torque required from the compressor 17, and the engine speed is reduced. The turbocharger 40 is not operated in a state where the required rotational speed is reached.
[0083]
In S202, the valve actuator 22 is operated to operate the bypass valve 16, and only the air passing through the bypass intake pipe 42 is supplied to the gas engine 11.
[0084]
Next, in S203, the valve actuator 45 is operated to operate the exhaust side bypass valve 44, and the exhaust gas discharged from the gas engine 11 is supplied to the turbocharger 40 through the main exhaust pipe 41. Then, the turbocharger 40 is driven by this exhaust gas, and the gas engine 11 is supercharged through the bypass intake pipe 42.
[0085]
Therefore, due to the processing of S202 and S203, the deterioration of the gas engine 11 with time progresses, the output torque when the throttle opening is fully open becomes insufficient, and the turbocharger 40 starts operation when the engine speed does not reach the required speed. The gas engine 11 is supercharged. As a result, the required required torque is ensured, and the engine speed reaches the required speed.
[0086]
The present embodiment described in detail above also has the effects described in (1) and (2) of the first embodiment.
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, an intake air amount sensor 50 is provided instead of the rotation speed sensor 23 and the opening degree sensor 24 in the first embodiment, and a part of the intake air switching control in the fourth embodiment is changed and executed. Only that is different from the first embodiment. Accordingly, the same configurations as those in the first embodiment and the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, the description thereof is omitted, and only the changed part of the intake air switching control will be described in detail.
[0087]
In the present embodiment, the electric supercharger 12 and the bypass intake pipe 21 constitute supercharging means, and the controller 15 is an operating state detection means, an output state determination means, and a determination means. Further, the bypass valve 16 and the valve actuator 22 constitute a passage switching means, the alternator 13 and the electromagnetic clutch 14 constitute an operation means, and the controller 15 is an intake control means. The passage switching means, the operation means, and the intake control means constitute supercharging control means.
[0088]
The controller 15 of the present embodiment performs intake air switching control for controlling the operation of the bypass valve 16 and the electromagnetic clutch 31 based on the intake air amount of the gas engine 11.
Also in the intake air switching control of the present embodiment, as in the fourth embodiment, it is determined whether or not an operating state in which the intake air amount of combustion air decreases with time has occurred, and such an operating state occurs. It is determined that the gas engine 11 is in a reduced output state. That is, the determination is made whether the intake air amount detected by the intake air amount sensor 50 is a value related to the operating state and whether the intake air amount decreases with time.
[0089]
When the gas engine 11 is not in a reduced output state, supercharging by the electric supercharger 12 is not performed and air is supplied to the gas engine 11 only through the main intake pipe 18. On the contrary, when the output is reduced, supercharging is performed by the electric supercharger 12 and only the air passing through the bypass intake pipe 21 is supplied to the gas engine 11.
[0090]
As shown in FIG. 10, the intake air switching control of the present embodiment is different only in the processing content of S203 in the intake air switching control of the fourth embodiment.
In S203 of this embodiment, the electromagnetic clutch 14 is operated to drive the alternator 13 with the power of the gas engine 11, and the electric supercharger 12 is operated with the drive current supplied by the alternator 13. Then, the gas engine 11 is supercharged from the electric supercharger 12 through the bypass intake pipe 21.
[0091]
The present embodiment described in detail above also has the effects described in (1) and (2) of the first embodiment.
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, an intake air amount sensor 50 is provided instead of the rotation speed sensor 23 and the opening degree sensor 24 in the second embodiment, and a part of the intake air switching control in the fourth embodiment is changed and executed. Only that is different from the second embodiment. Therefore, the same configurations as those of the second embodiment and the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only the changed part of the intake air switching control will be described in detail.
[0092]
In the present embodiment, the supercharger 30 and the bypass intake pipe 32 constitute supercharging means, and the controller 15 is an operating state detecting means, an output state determining means, and a determining means. The bypass valve 16 and the valve actuator 22 constitute passage switching means, the electromagnetic clutch 31 is operating means, and the controller 15 is intake control means. The passage switching means, the operation means, and the intake control means constitute supercharging control means.
[0093]
The controller 15 of the present embodiment performs intake air switching control for controlling the operation of the bypass valve 16 and the electromagnetic clutch 31 based on the intake air amount of the gas engine 11.
Also in the intake air switching control of the present embodiment, as in the fourth embodiment, it is determined whether or not an operating state in which the intake air amount of combustion air decreases with time has occurred, and when this operating state has occurred. It is determined that the gas engine 11 is in a reduced output state. That is, the determination is made whether the intake air amount detected by the intake air amount sensor 50 is a value related to the operating state and whether the intake air amount decreases with time.
[0094]
Then, when the gas engine 11 is not in the output reduction state, supercharging by the supercharger 30 is not performed and air is supplied to the gas engine 11 only through the main intake pipe 18. On the contrary, when the output is reduced, supercharging by the supercharger 30 is not performed, and only the air passing through the bypass intake pipe 32 is supplied to the gas engine 11.
[0095]
As shown in FIG. 12, the control content of the intake air switching control of the present embodiment is only different from the processing content of S203 in the intake air switching control of the fourth embodiment.
In S203 of this embodiment, the electromagnetic clutch 31 is operated to drive the supercharger 30 with the power of the gas engine 11. Then, the gas engine 11 is supercharged from the supercharger 30 through the bypass intake pipe 32.
[0096]
The present embodiment described in detail above also has the effects described in (1) and (2) of the first embodiment.
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is different from the second embodiment only in that a vibration sensor 60 is provided instead of the rotation speed sensor 23 and the opening degree sensor 24 in the second embodiment and the content of the intake air switching control is changed. Accordingly, the same components as those of the second embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and only the vibration sensor 60 and the changed portion of the intake air switching control are described in detail.
[0097]
The vibration sensor 60 is composed of, for example, a strain gauge, and is provided on an engine mount (not shown) to detect vibration of the gas engine 11.
In the present embodiment, the supercharger 30 and the bypass intake pipe 32 constitute supercharging means, and the controller 15 is an operating state detecting means, an output state determining means, and a determining means. The bypass valve 16 and the valve actuator 22 constitute passage switching means, the electromagnetic clutch 31 is operating means, and the controller 15 is intake control means. The passage switching means, the operation means, and the intake control means constitute supercharging control means.
[0098]
The controller 15 acquires vibration generated in the gas engine 11 based on the detection signal input from the vibration sensor 60.
The controller 15 of the present embodiment performs intake air switching control for controlling the operation of the bypass valve 16 and the electromagnetic clutch 31 based on the engine speed and vibration.
[0099]
In the intake air switching control, the operation of whether or not the gas engine 11 is in a reduced output state in which the throttle opening is fully open and the engine speed does not reach the required speed due to insufficient output torque is determined. Determine based on state.
[0100]
In this embodiment, when the magnitude of the vibration of the gas engine 11 becomes larger than a preset reference value, it is determined that the output is in a reduced state. That is, the magnitude of vibration detected by the vibration sensor 60 is a value related to the driving state, and whether or not this detected value is larger than the reference value is a determination criterion.
[0101]
Then, when the gas engine 11 is not in the output reduction state, supercharging by the supercharger 30 is not performed and air is supplied to the gas engine 11 only through the main intake pipe 18. On the contrary, when the output is reduced, supercharging is performed by the supercharger 30 and only the air passing through the bypass intake pipe 32 is supplied to the gas engine 11.
[0102]
Next, the details of the intake air switching control will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
First, in S300, the magnitude of vibration when the engine speed detected by the speed sensor 23 matches the required speed is detected, and the magnitude of the vibration is stored as a reference value. This reference value is the magnitude of vibration when the non-supercharged gas engine 11 supplies an output torque having the same magnitude as the required torque.
[0103]
Next, in S301 and S302, every time a predetermined time elapses, the magnitude of vibration at that time is detected, and it is determined whether or not the magnitude of the vibration is larger than a reference value.
[0104]
And when the magnitude | size of the detected vibration is below a reference value, the process of S301 and S302 is repeated.
In the processes of S301 and S302, when the newly detected magnitude of vibration is equal to or less than the reference value, the gas engine 11 supplies the output torque corresponding to the maximum torque required from the compressor 17 without supercharging. Then, it is determined that the engine speed has reached the required speed. That is, the reason why the magnitude of vibration does not exceed the reference value is that the deterioration of the gas engine 11 with time has not progressed so much and the throttle opening is not fully opened. In this case, vibration monitoring is continued.
[0105]
On the other hand, when the newly detected magnitude of vibration exceeds the reference value, the output torque does not reach the maximum torque value required by the compressor 17 even though the throttle opening is fully open, and the output torque is insufficient. Thus, it can be determined that the vibration of the gas engine 11 that attempts to drive the compressor 17 has increased. In this case, vibration monitoring is terminated and S303 is executed.
[0106]
Therefore, even if the gas engine 11 deteriorates with time due to the processing of S300 to S301, the output torque when the throttle opening is fully open reaches the maximum value of torque required from the compressor 17, and the engine speed is reduced. The supercharger 30 is not operated in a state where the required rotational speed is reached.
[0107]
In S303, the valve actuator 22 is operated to operate the bypass valve 16, and only the air passing through the bypass intake pipe 32 is supplied to the gas engine 11.
[0108]
Next, in S304, the electromagnetic clutch 31 is operated, and the supercharger 30 is driven by the power of the gas engine 11. Then, the gas engine 11 is supercharged from the supercharger 30 through the bypass intake pipe 32.
[0109]
Therefore, due to the processing of S303 and S304, the deterioration of the gas engine 11 with time progresses, the output torque when the throttle opening is fully open becomes insufficient, and the supercharger 30 starts operation when the engine speed does not reach the required speed. Then, the gas engine 11 is supercharged. As a result, the required required torque is ensured, and the engine speed reaches the required speed.
[0110]
Next, in S305 and S306, every time a predetermined time elapses, the magnitude of vibration at that time is measured, and it is determined whether or not the magnitude of the vibration is larger than a reference value.
[0111]
And when the magnitude | size of the detected vibration is below a reference value, the process of S305 and S306 is repeated.
In the processes of S305 and S306, when the newly detected magnitude of vibration is equal to or less than the reference value, it is determined that the engine system 10 is operating normally. On the other hand, when the magnitude of the vibration exceeds the reference value, it is determined that the compressor 17 is in an abnormally excessive load due to poor circulation in the compressor 17 or abnormal operation of the switching valve in the refrigerant circuit. In this case, for example, notification by an abnormal lamp, an abnormal buzzer, or the like, or the operation of the gas engine 11 can be stopped.
[0112]
The embodiment described above has the following effects in addition to the effects described in (1) of the first embodiment.
(3) It is determined based on the vibration of the gas engine 11 detected by the vibration sensor 60 whether or not the gas engine 11 is in a reduced output state. Therefore, it can be easily determined from the vibration detected by the vibration sensor 60 whether or not an abnormality has occurred in the engine system 10 due to an increase in load due to poor circulation of the compressor 17.
[0113]
(Eighth embodiment)
Next, an eighth embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, a vibration sensor 60 is provided in place of the rotation speed sensor 23 and the opening sensor 24 in the first embodiment, and a part of the intake air switching control in the seventh embodiment is changed and executed. Only this is different from the first embodiment. Therefore, the same configurations as those of the second embodiment and the seventh embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only the changed part of the intake air switching control will be described in detail.
[0114]
In the present embodiment, the electric supercharger 12 and the bypass intake pipe 21 constitute supercharging means, and the controller 15 is an operating state detection means, an output state determination means, and a determination means. Further, the bypass valve 16 and the valve actuator 22 constitute a passage switching means, the alternator 13 and the electromagnetic clutch 14 are operating means, and the controller 15 is an intake control means. The passage switching means, the operation means, and the intake control means constitute supercharging control means.
[0115]
The controller 15 of the present embodiment performs intake air switching control that controls the operation of the electromagnetic clutch 14 and the bypass valve 16 based on the engine speed and the magnitude of vibration.
[0116]
Also in the intake air switching control of the present embodiment, as in the seventh embodiment, it is determined whether or not an operating state in which the magnitude of vibration of the gas engine 11 exceeds the reference value has occurred, and such an operating state is determined. When it occurs, it is determined that the gas engine 11 is in a reduced output state. That is, the magnitude of vibration detected by the vibration sensor 60 is a value related to the driving state, and whether or not this detected value is larger than the reference value is a determination criterion.
[0117]
When the gas engine 11 is not in a reduced output state, supercharging by the electric supercharger 12 is not performed and air is supplied to the gas engine 11 only through the main intake pipe 18. On the contrary, when the output is reduced, supercharging is performed by the electric supercharger 12 and only the air passing through the bypass intake pipe 21 is supplied to the gas engine 11.
[0118]
As shown in FIG. 16, the intake air switching control of the present embodiment is different only in the processing content of S304 in the intake air switching control of the seventh embodiment.
In S304 of the present embodiment, the electromagnetic clutch 14 is operated to drive the alternator 13 with the power of the gas engine 11, and the electric supercharger 12 is operated with the drive current supplied by the alternator 13. Then, the gas engine 11 is supercharged from the electric supercharger 12 through the bypass intake pipe 32.
[0119]
The embodiment described in detail above has the effects described in (1) of the first embodiment and (3) of the seventh embodiment.
(Ninth embodiment)
Next, a ninth embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, a vibration sensor 60 is provided instead of the rotation speed sensor 23 and the opening degree sensor 24 in the third embodiment, and a part of the intake air switching control in the seventh embodiment is changed and executed. Only this differs from the third embodiment. Therefore, the same configurations as those of the third embodiment and the seventh embodiment are denoted by the same reference numerals, the description thereof is omitted, and only the changed portion of the intake air switching control is described in detail.
[0120]
In the present embodiment, the turbocharger 40 and the bypass intake pipe 42 constitute a supercharging means, and the controller 15 is an operating state detection means, an output state determination means, and a determination means. The bypass valve 16 and the valve actuator 22 constitute a passage switching means, the main exhaust pipe 41, the bypass exhaust pipe 43, the exhaust side bypass valve 44 and the valve actuator 45 constitute an operation means, and the controller 15 controls the intake air. Means. The passage switching means, the operation means, and the intake control means constitute supercharging control means.
[0121]
The controller 15 of the present embodiment performs intake air switching control for controlling the operation of the bypass valve 16 and the exhaust side bypass valve 44 based on the engine speed and the magnitude of vibration.
[0122]
Also in the intake air switching control of the present embodiment, as in the seventh embodiment, it is determined whether or not an operating state in which the magnitude of vibration of the gas engine 11 exceeds a predetermined reference value has occurred, and such an operation is performed. When the state occurs, it is determined that the gas engine 11 is in a reduced output state. That is, the magnitude of vibration detected by the vibration sensor 60 is a value related to the driving state, and whether or not this detected value is larger than the reference value is a determination criterion.
[0123]
Then, when the gas engine 11 is not in the output reduction state, supercharging by the turbocharger 40 is not performed and air is supplied to the gas engine 11 only through the main intake pipe 18. On the contrary, when the output is reduced, supercharging is performed by the turbocharger 40 and only the air passing through the bypass intake pipe 42 is supplied to the gas engine 11.
[0124]
As shown in FIG. 18, the intake air switching control of the present embodiment is different only in the processing content of S304 in the intake air switching control of the seventh embodiment.
In S304 of this embodiment, the valve actuator 45 is operated to operate the exhaust side bypass valve 44, and the exhaust gas discharged from the gas engine 11 is supplied to the turbocharger 40 through the main exhaust pipe 41. Then, the turbocharger 40 is driven by this exhaust gas, and the gas engine 11 is supercharged through the bypass intake pipe 42.
[0125]
The embodiment described in detail above has the effects described in (1) of the first embodiment and (3) of the seventh embodiment.
(10th Embodiment)
Next, a tenth embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the fixed displacement turbocharger 40 in the third embodiment is changed to a variable nozzle turbocharger 70 to eliminate the bypass exhaust pipe 43 and the exhaust side bypass valve 44, and a part of the intake air switching control. Only the change is different from the third embodiment. Therefore, only the variable nozzle turbocharger 70 and the changed part of the intake air switching control will be described in detail.
[0126]
A main exhaust pipe 41 connected to an exhaust port of the gas engine 11 is connected to a variable nozzle turbocharger (supercharger; hereinafter referred to as variable nozzle turbo) 70 as a supercharger, and supplied through the main exhaust pipe 41. Driven by exhaust gas. The supply port of the variable nozzle turbo 70 is connected to the main intake pipe 18 upstream of the throttle valve 19 via a bypass intake pipe (sub intake passage) 42. The variable nozzle turbo 70 can be supercharged to the gas engine 11 through the bypass intake pipe 42.
[0127]
In the present embodiment, the bypass intake pipe 42 and the variable nozzle turbo 70 constitute supercharging means, and the controller 15 is an operation state detecting means, an output state determining means, and a determining means. Further, the bypass valve 16 and the valve actuator 22 constitute a passage switching means, the main exhaust pipe 41 and the nozzle actuator 71 constitute an operation means, and the controller 15 is an intake control means. The passage switching means, the operation means, and the intake control means constitute supercharging control means.
[0128]
The variable nozzle turbo 70 has its supercharging capability adjusted by adjusting the nozzle opening of a nozzle vane (not shown) by a nozzle actuator 71. The nozzle actuator 71 is operated by a drive current supplied from the controller 15.
[0129]
The controller 15 of the present embodiment performs intake air switching control for controlling the bypass valve 16 and the nozzle actuator 71 based on the engine speed and the throttle opening.
[0130]
Also in the intake air switching control of the present embodiment, as in the first embodiment, it is determined whether or not an operating state has occurred in which the throttle opening is fully open and the engine speed does not reach the required speed. When such an operating state occurs, it is determined that the output is in a reduced state. That is, whether the throttle opening is fully open in a state where the throttle opening and the engine speed are values related to the operating state and the engine speed has not reached the required rotational speed is a criterion.
[0131]
When the gas engine 11 is not in a reduced output state, the nozzle opening of the variable nozzle turbo 70 is fully opened and air is supplied to the gas engine 11 only through the main intake pipe 18. On the other hand, when the output is reduced, the nozzle opening degree of the variable nozzle turbo 70 is switched to the fully closed side, and only the air passing through the bypass intake pipe 42 is supplied to the gas engine 11.
[0132]
Further, in the intake air switching control of the present embodiment, in a state where the gas engine 11 is in the output lowering state and the nozzle opening of the variable nozzle turbo 70 is adjusted to the fully closed side, the nozzle actuator 71 is controlled based on the engine speed. Control and maintain the output torque at the required torque.
[0133]
Next, the details of the intake air switching control will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
S400 to S404 are the same processes as S100 to S104 in the intake air switching control of the first embodiment, respectively.
[0134]
Therefore, even if the output torque obtained with respect to the throttle opening decreases as the gas engine 11 deteriorates with time due to the processing of S400 to S404, the throttle opening is further increased based on the engine speed and the required rotational speed. It is adjusted to the opening side, and the engine speed according to the required speed is secured.
[0135]
When the throttle opening is fully open in S403, next, in S405, the valve actuator 22 is operated to operate the bypass valve 16, and the bypass intake pipe 42 is communicated with the main intake pipe 18. Then, only the air passing through the bypass intake pipe 42 is supplied to the gas engine 11.
[0136]
Next, in step S406, the nozzle actuator 71 is operated to switch the nozzle opening degree of the nozzle vane from the fully open position to the predetermined nozzle opening position on the fully closed side. Then, the variable nozzle turbo 70 is driven by the exhaust gas discharged from the gas engine 11, and the gas engine 11 is supercharged through the bypass intake pipe 42.
[0137]
Therefore, when the deterioration of the gas engine 11 progresses with the processing of S403, S405, and S406, the output torque when the throttle opening is fully open becomes insufficient, and the engine speed does not reach the required speed, the variable nozzle turbo The nozzle opening of the charger 70 is switched from fully open to fully closed, and the gas engine 11 is supercharged. As a result, the required required torque is ensured, and the engine speed reaches the required speed.
[0138]
Next, in S407, it is determined whether or not the engine speed matches the required speed. If they match, the nozzle opening at that time is maintained.
If the engine speed does not match the required speed in S407, it is next determined in S408 whether the engine speed is lower than the required speed.
[0139]
If the engine speed is greater than or equal to the required speed in S408, then the nozzle opening is adjusted to the fully open side by a predetermined amount in S409. Then, the supercharging pressure of the variable nozzle turbo is decreased and the engine speed is decreased.
[0140]
On the other hand, if the engine speed is less than the required speed in S408, then in S410, the nozzle opening is adjusted to the fully closed side by a predetermined amount. Then, the supercharging pressure of the variable nozzle turbo is increased and the engine speed is increased.
[0141]
Therefore, in the state where the gas engine 11 is supercharged by the processing of S407 to S410, the nozzle opening degree of the variable nozzle turbocharger 70 is adjusted based on the engine speed and the required speed, and the engine speed is required. Maintained at rotational speed.
[0142]
The embodiment described above has the following effects in addition to the effects described in (1) of the first embodiment.
(4) When the gas engine 11 is in a reduced output state, the supercharging capability is adjusted to the maximum side and supercharging is started, and then the nozzle opening is adjusted based on the engine speed and the required speed, and the engine The rotation speed was made to match the required rotation speed. Therefore, by adjusting the throttle opening based on the engine speed and the required speed, the engine speed can be reduced at an earlier time point compared to the case where the engine speed matches the required speed. The controllability of the gas engine 11 is improved.
[0143]
(Other embodiments)
Next, embodiments other than the first to tenth embodiments are listed.
In the first embodiment, in a state where the gas engine 11 is supercharged from the electric supercharger 12, the controller 15 changes the electric supercharger 12 based on the engine speed and the required speed. The driving current to be supplied is controlled, and the supercharging capability is controlled so that the engine speed matches the required speed.
[0144]
In the fourth, fifth, sixth, seventh, eighth, and ninth embodiments, the controller 15 is based on the engine speed and the requested speed while the gas engine 11 is supercharged. Adjusts the throttle opening so that the engine speed matches the required speed.
[0145]
○ In the first to third and tenth embodiments, the turbocharger starts operating when the throttle opening reaches a predetermined opening close to full open when the engine speed does not reach the required speed. The configuration is as follows. The predetermined throttle opening is, for example, the throttle opening when generating the same output torque as the maximum torque required by the compressor 17 and the throttle when generating the same output torque as the minimum required torque. Only the difference value from the opening is the throttle opening on the closing side from the fully open value. In this case, when the gas engine 11 is in a reduced output state, supercharging is started even if the required torque of the compressor 17 is the minimum value and the throttle opening is not fully open. Therefore, even when the required torque suddenly rises from the minimum value from this state, the output torque can be prevented from being insufficient, and the engine speed can be reliably maintained at the required speed.
[0146]
In the third, fourth, and ninth embodiments, a waste gate provided in the housing of the turbocharger 40 is used instead of the bypass exhaust pipe 43, and a waste gate valve is used instead of the exhaust side bypass valve 44. And Also in this case, there are respective effects.
[0147]
In the fourth, fifth, and sixth embodiments, the intake air amount sensor 50 may be any of an air flow meter, a method of detecting the intake pipe pressure with a pressure sensor, a Karman vortex sensor, a hot wire sensor, a hot film sensor, and the like. .
[0148]
In the second, sixth, and seventh embodiments, the type of the supercharger 30 may be any of a roots blower type, a reshorm compressor type, a spiral compressor type, a pressure wave type, and the like.
[0149]
In the tenth embodiment, instead of the variable nozzle turbocharger 70, for example, a variable capacity turbocharger of a type that changes the capacity of the turbine casing is used.
[0150]
  (Other technical ideas)
The technical ideas grasped from each of the embodiments will be listed below.
  (1)in frontThe supercharger is an electric supercharger (12), and the operating means includes power generation means (alternator 13) capable of supplying a drive current to the electric supercharger, and power of the gas engine as power generation means. An engine system for a gas heat pump, characterized by comprising transmission means (electromagnetic clutch 14) for transmitting or blocking.
[0151]
  (2)in frontThe supercharger is a supercharger (30), and the operating means is a transmission means (electromagnetic clutch 31) for transmitting or shutting off the power of the gas engine to the supercharger. system.
[0152]
  (3)in frontThe turbocharger is a turbocharger (40), and the operating means includes a main exhaust passage (main exhaust pipe 41) for discharging exhaust gas discharged from the gas engine after being supplied to the turbocharger, and the main exhaust. The exhaust gas is supplied to the turbocharger by connecting or blocking the auxiliary exhaust passage (bypass exhaust pipe 43) connected to the passage and exhausting the exhaust gas bypassing the turbocharger, and the main exhaust passage. Alternatively, an engine system for a gas heat pump comprising exhaust passage switching means (exhaust-side bypass valve 44, valve actuator 45) for stopping supply.
[0153]
  (4)in frontIn the state where the supercharging means supercharges the gas engine, the throttle opening control means (controller 15, throttle actuator 20, rotational speed sensor 23) adjusts the throttle opening so that the output torque becomes the required torque. An engine system for a gas heat pump.
[0154]
  (5)in frontThe turbocharger is a variable capacity turbocharger (70) capable of adjusting the supercharging capacity of the gas engine, and includes an actuator (nozzle actuator 71) for adjusting the supercharging capacity of the variable capacity turbocharger. The intake control means controls the actuator based on the operating state, adjusts the supercharging ability to a minimum when the gas engine is not in the output reduction state, and supercharges in the output reduction state. An engine system for a gas heat pump characterized by adjusting the capacity to the maximum side.
[0155]
(6) In the invention described in the technical idea (5), in the state where the supercharging capability is adjusted to the maximum side, the supercharging capability that adjusts the supercharging capability so that the output torque becomes the required torque. An engine system for a gas heat pump comprising control means (a controller 15 and a nozzle actuator 71).
[0156]
【The invention's effect】
  Claims 1 to5According to the invention described in the above, since it is possible to operate with a gas engine having a smaller displacement than a conventional engine and a throttle opening at a fully open side with respect to the maximum torque required from the compressor, Pumping loss is smaller. Therefore, the gas engine can be operated with higher thermal efficiency, and the fuel efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an engine system for a gas heat pump according to a first embodiment.
FIG. 2 is a flowchart showing intake air switching control.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an engine system of a second embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing steps of intake air switching control.
FIG. 5 is a schematic diagram showing an engine system of a third embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing steps of intake air switching control.
FIG. 7 is a schematic diagram showing an engine system of a fourth embodiment.
FIG. 8 is a flowchart showing intake air switching control.
FIG. 9 is a schematic diagram showing an engine system of a fifth embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing steps of intake air switching control.
FIG. 11 is a schematic diagram showing an engine system of a sixth embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing steps of intake air switching control.
FIG. 13 is a schematic diagram showing an engine system of a seventh embodiment.
FIG. 14 is a flowchart showing intake air switching control.
FIG. 15 is a schematic diagram showing an engine system of an eighth embodiment.
FIG. 16 is a diagram showing steps of intake air switching control.
FIG. 17 is a schematic diagram showing an engine system of a ninth embodiment.
FIG. 18 is a diagram showing steps of intake air switching control.
FIG. 19 is a schematic diagram showing an engine system of a tenth embodiment.
FIG. 20 is a flowchart showing intake air switching control.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Engine system, 11 ... Gas engine, 12 ... Electric supercharger as a supercharger which comprises a supercharging means, 13 ... Supercharge control means, Alternator which constitutes an operation means, 14 ... Similarly electromagnetic clutch, 15 A controller as a determination unit, an operation state detection unit, an output state determination unit and an intake control unit, 16 a bypass valve constituting a supercharging control unit and a passage switching unit, 17 a compressor, 18 a main intake pipe as an intake passage , 19 ... throttle valve, 21 ... bypass intake pipe as sub-intake passage constituting supercharging means, 22 ... supercharging control means, valve actuator constituting passage switching means, 23 ... rotational speed sensor, 24 ... opening sensor , 30 ... Supercharger as a supercharger constituting supercharging means, 31 ... Electric power as operating means constituting supercharging control means Clutch, 32... Bypass intake pipe as auxiliary intake passage constituting supercharging means, 40... Turbocharger as supercharger constituting supercharging means, 41... Main exhaust pipe constituting supercharging control means and operating means , 42 ... Bypass intake pipe as auxiliary intake passage constituting supercharging means, 43 ... Supercharge control means, bypass exhaust pipe constituting operating means, 44 ... Similarly exhaust side bypass valve, 45 ... Similarly valve actuator, 50 ... Intake amount sensor, 60 ... vibration sensor, 70 ... variable displacement turbocharger as a supercharger constituting supercharging means, 71 ... nozzle actuator as operating means constituting supercharging control means.

Claims (5)

コンプレッサーをガスエンジンにより駆動し、吸気通路内に配置されるスロットルバルブにて前記ガスエンジンのエンジン回転数を制御するガスヒートポンプ用エンジンシステムにおいて、
前記ガスエンジンに対して燃焼用空気を過給可能な過給手段と、
前記スロットルバルブのスロットル開度がほぼ全開であり、かつ、前記エンジン回転数が、要求回転数に達しない出力低下状態であるか否かを、その運転状態に基づいて判定する判定手段と、
前記ガスエンジンが前記出力低下状態であると判定されたときには、過給を行う過給制御手段とを備え、
前記過給手段は、
前記吸気通路に対して前記スロットルバルブよりも上流側で接続された副吸気通路と、
前記副吸気通路を通じてガスエンジンに燃焼用空気を過給可能な過給機とからなり、
前記過給制御手段は、
前記副吸気通路と前記吸気通路との接続部にて、前記吸気通路の上流側と前記副吸気通路とを切り換える通路切換手段と、
前記過給機を運転又は停止する運転手段と、
前記判定手段の判定結果に基づいて前記通路切換手段及び運転手段を制御し、前記出力低下状態と判定されたときには、前記接続部より下流側の吸気通路と前記副吸気通路を連通させるとともに、前記過給機を運転するように前記運転手段を制御する吸気制御手段とからなることを特徴とするガスヒートポンプ用エンジンシステム。In a gas heat pump engine system in which a compressor is driven by a gas engine and the engine speed of the gas engine is controlled by a throttle valve disposed in an intake passage.
Supercharging means capable of supercharging combustion air to the gas engine;
Determining means for determining whether or not the throttle opening of the throttle valve is substantially fully open and the engine speed is in an output reduction state where the engine speed does not reach the required speed, based on the operating state;
When it is determined that the gas engine is in the output reduction state, a supercharging control unit that performs supercharging is provided,
The supercharging means is
A sub-intake passage connected to the intake passage on the upstream side of the throttle valve;
A supercharger capable of supercharging combustion air to the gas engine through the auxiliary intake passage,
The supercharging control means includes
Passage switching means for switching between the upstream side of the intake passage and the auxiliary intake passage at a connection portion between the auxiliary intake passage and the intake passage;
Operation means for operating or stopping the supercharger;
The passage switching means and the operating means are controlled based on the determination result of the determination means, and when it is determined that the output is reduced, the intake passage on the downstream side of the connecting portion and the auxiliary intake passage are communicated with each other, and An engine system for a gas heat pump , comprising: intake control means for controlling the operating means so as to operate a supercharger. 前記判定手段は、
前記ガスエンジン各部に配置されたセンサにより運転状態に関わる値を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出値と予め設定された判定基準とに基づき、前記出力低下状態であるか否かを判定する出力状態判定手段と
からなることを特徴とする請求項１に記載のガスヒートポンプ用エンジンシステム。The determination means includes
An operation state detection means for detecting a value related to the operation state by a sensor disposed in each part of the gas engine;
2. The gas according to claim 1, comprising: an output state determination unit that determines whether or not the output reduction state is based on a detection value of the operation state detection unit and a predetermined determination criterion. Engine system for heat pump. 前記運転状態検出手段は、前記スロットル開度と前記エンジン回転数を検出することを特徴とする請求項２に記載のガスヒートポンプ用エンジンシステム。  The gas heat pump engine system according to claim 2, wherein the operating state detection means detects the throttle opening and the engine speed. 前記運転状態検出手段は、前記ガスエンジンの吸気量を検出することを特徴とする請求項２に記載のガスヒートポンプ用エンジンシステム。  The gas heat pump engine system according to claim 2, wherein the operating state detection means detects an intake air amount of the gas engine. 前記運転状態検出手段は、前記ガスエンジンの振動を検出することを特徴とする請求項２に記載のガスヒートポンプ用エンジンシステム。 The gas heat pump engine system according to claim 2, wherein the operating state detection means detects vibration of the gas engine .
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