JPH04350474A - エンジン駆動式ヒートポンプ装置のエンジン劣化検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧縮機の駆動にガスエ
ンジンを使用するガスエンジン駆動式ヒートポンプ装置
のエンジン劣化検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジン駆動式の空気調和装置の従来技
術としては、特開平２−２９３５６８号公報に記載され
ているように、ガスエンジンと、このガスエンジンにて
駆動される圧縮機、室外熱交換器等により構成される冷
房及び暖房用のヒートポンプ回路とを備え、室内の冷房
及び暖房を行うエンジン駆動式ヒートポンプ装置がある
。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ここで圧縮機はガスエ
ンジンにて駆動されているので、ガスエンジンが劣化（
所定の出力が出ない）すると、圧縮機へ所定の仕事量が
与えられず、冷房能力、暖房能力が落ちる。従来ではこ
のガスエンジンの劣化有無を判断する方法がなく、この
ため劣化したガスエンジンは次のような問題が起こり、
ユーザーからのクレームとなる。

【０００４】（ｉ）起動できない。

【０００５】（ｉｉ）運転中にエンストする。

【０００６】（ｉｉｉ）エンジンの回転が上がらない、
または回転が落ちこむ。

【０００７】従って、このような問題を解決すべく、本
発明ではガスエンジンの劣化を検出できるようにして、
事前にガスエンジンの劣化を検知し、システムが運転不
能になる前に、ユーザーにサービスを促し、ユーザーか
らのクレームを防止することを可能としたガスエンジン
駆動式ヒートポンプ装置のエンジン劣化検出装置を提供
するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、エンジンと、
このエンジンにより駆動される圧縮機、四方弁、室外熱
交換器、減圧器、室内熱交換器を順次連結したヒートポ
ンプ回路とを有したエンジン駆動式ヒートポンプ装置に
おいて、前記圧縮機の吸込部と吐出部にそれぞれ設けら
れ、温度と圧力を測定する温度センサと圧力センサと、
エンジンの回転数を検出する回転センサと、エンジンへ
の燃料供給量を弁開度により調整するアクチュエータと
を有し、これら各センサの検出値に基づいて現在のエン
ジン出力を演算し、このエンジン出力に対するアクチュ
エータ弁開度とエンジン出力が正常な場合のその当該数
値とを比較してエンジン出力の劣化を検出し判定する制
御手段と、その判定結果を表示する表示手段を設けたも
のである。

【０００９】また、エンジンと、このエンジンにより駆
動される圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧器、室内
熱交換器を順次連結したヒートポンプ回路とを有したエ
ンジン駆動式ヒートポンプ装置において、前記圧縮機の
吸込部と吐出部にそれぞれ設けられ、温度と圧力を測定
する温度センサと圧力センサと、エンジンの回転数を検
出する回転センサと、エンジンへの燃料供給量を弁開度
により調整するアクチュエータとを有し、これら各セン
サの検出値に基づいて現在のエンジン出力を演算し、こ
のエンジン出力のもとアクチュエータ弁開度を一定度合
多く開けることに応じて変化するエンジン回転数上昇速
度とエンジン出力が正常な場合のその当該数値とを比較
してエンジン出力の劣化を検出し判定する制御手段と、
その判定結果を表示する表示手段を設けたものである。

【００１０】さらに、エンジンと、このエンジンにより
駆動される圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧器、室
内熱交換器を順次連結したヒートポンプ回路とを有した
エンジン駆動式ヒートポンプ装置において、前記圧縮機
の吸込部と吐出部にそれぞれ設けられ、温度と圧力を測
定する温度センサと圧力センサと、エンジンの回転数を
検出する回転センサと、エンジンの吸気側に設けられた
吸気圧力センサとを有し、前記温度センサ、圧力センサ
、回転センサおよびアクチュエータよりの検出値に基づ
いて現在のエンジン出力を演算し、このエンジン出力に
対する吸気圧力とエンジン出力が正常な場合のその当該
数値とを比較してエンジン出力の劣化を検出し判定する
制御手段と、その判定結果を表示する表示手段を設けた
ものである。

【００１１】

【作用】運転中のエンジン出力は、制御手段によって温
度センサ、圧力センサからのデータ及びエンジン回転数
から求まる。そして、現在のアクチュエータの弁開度が
、正常なエンジンの場合のアクチュエータ弁開度と比較
して適切かどうかでエンジン劣化が検出できる。

【００１２】また、運転中のエンジンにおいてアクチュ
エータの弁開度を一定度開けた瞬時のエンジンの実回転
数の応答を測定し、その応答度が正常なエンジンの場合
に比較して、適切かどうかでエンジン劣化が検出できる
。

【００１３】また、現在運転中のガスエンジンの吸気圧
力が正常なエンジンの場合の吸気圧力と比較して適切か
どうかでエンジン劣化が検出できる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１５】図１は本発明によるエンジン駆動式ヒート
ポンプの回路構成図である。本発明のエンジン駆動式空
気調和装置は、主に室内ユニットＡと室外ユニットＢと
で構成されている。１はガスエンジン、２はこのガスエ
ンジンの駆動力がたわみ継手３で伝えられ駆動される圧
縮機、４はこの圧縮機２の吸入側の冷媒管５に設けられ
たアキュムレータ、６は冷媒の流路を冷房・暖房に応じ
て変える四方弁、７は暖房運転時に減圧装置として働く
膨張弁、８は暖房運転時に凝縮器として働き、冷房運転
時に蒸発器として働く室内熱交換器、９は暖房運転時に
蒸発器として働き、冷房運転時に凝縮器として働く室外
熱交換器である。また１０は室内ユニットＡの室内熱交
換器８付近の管路１１に取り付けられている電動弁で、
この電動弁は冷房運転時に減圧装置として働くと共に、
４８０ステップの開度に制御されるものである。前記圧
縮機２、四方弁６、室外熱交換器９、膨張弁７、電動弁
１０、室内熱交換器８等の主要構成要素が順次冷媒配管
１２で接続されてヒートポンプ回路１３が構成されてい
る。１４は前記膨張弁７の開度を制御するために設けら
れた感温部、１５は逆止弁、１６はレシーバタンク、１
７はストレーナーである。

【００１６】ところで、ガスエンジン１の劣化を判定す
るために、種々のセンサが設けられている。すなわち、
圧縮機２の吸込部と吐出部には、冷媒の温度と圧力を測
定するための温度センサ２１（Ｔ１），２２（Ｔ２）と
、圧力センサ２３（Ｐ１），２４（Ｐ２）が取り付けら
れており、これらのデータはマイクロコンピュータ等か
ら成る制御装置３０に集められる。

【００１７】また、ガスエンジン１には、ガスエンジン
回転数を検出する回転センサ２５（Ｒ）が設けられると
共に、ガスエンジン１の吸気側部分での吸気温度を検出
する吸気温度センサ２６（Ｔ３）が設けられ、これらの
データも制御装置３０へ集められる。

【００１８】更にガスエンジン１の吸気側には、吸気圧
力を測定するための吸気圧力センサ２７（Ｐ３）が取り
付けてあり、この圧力データも制御装置３０に集められ
る。３１は、後述する如くして、ガスエンジン１の劣化
が制御装置３０にて判定されると、その判定結果を表示
する表示手段で、ユーザーはこの表示を見てサービスを
要求することとなる。

【００１９】なお、上記センサから得られるデータの他
に、ガスエンジンの回転数に関して次記の如きデータも
制御装置３０に集められる。すなわち、ガスエンジン１
の回転数は、アクチュエータ（燃料供給量を制御する）
の弁開度により制御されており、そのアクチュエータを
制御する手段としてはステップモータが一般的である。 具体的には、このアクチュエータの弁開度は０（閉）〜
４８０（開）ステップの範囲で変化するものとなってい
る。よって、ガスエンジンの回転数はアクチュエータの
弁開度で示すことができ、このアクチュエータの弁開度
データ（ステップ数）が検出ラインｌを介して制御装置
３０に入力されている。

【００２０】以上の多くの測定データを基にして、ガス
エンジンの劣化の検出が可能となる。劣化の検出方法と
しては、次のような方法がある。

【００２１】（１）劣化検出の第１の方法現在のガスエ
ンジン１の出力（軸動力）を算出するため圧縮機２の仕
事量を求める。これは圧縮機２の仕事量は、ガスエンジ
ン１の実際の出力と同値であるからである（ガスエンジ
ンの出力低下と無関係）。

【００２２】圧縮機２の仕事量は、圧縮機２の吸込・吐
出部に取り付けた前記温度センサ２１，２２、圧力セン
サ２３，２４からのデータから、吸込・吐出のエンタル
ピを求め、次に圧縮機２の排除容積、成績計数、回転数
を用いて演算し求める。

【００２３】このようにして、先ず現在のガスエンジン
１のエンジン出力が求まり、そして、その時のエンジン
実回転数並びにアクチュエータの弁開度（ステップ数）
も得られる。

【００２４】一方、ガスエンジン１が正常で、所定のエ
ンジン出力を出力している場合における、エンジン回転
数−エンジン出力−アクチュエータの弁開度の関係を、
制御装置３０にインプットしておく。この特性は図２に
示されている。

【００２５】なお、この特性に対してエンジンの吸気温
度に対する影響が大きい場合には、吸気温度も前記吸気
温度センサ２６を介してインプットする。このような状
況の時、この図２に示す特性は若干変化する。

【００２６】ここで、エンジン劣化の第１の検出方法は
、現在のエンジン回転数−出力に対して、現在のアクチ
ュエータの弁開度が図２に示す特性（エンジン正常時）
と比較して適切かどうか、制御装置３０にて判断する。 ガスエンジン１が劣化している場合は、著しくアクチュ
エータの弁が開く。

【００２７】要するにエンジンの実回転数と圧縮機側か
ら求めた軸動力が図２の特性と一致するか比較する。例
えば、エンジンの実回転数が１５００ｒｐｍで、圧縮機
側から求めた軸動力が１０ｐｓで、アクチュエータの実
弁開度が１００ステップで運転中とする。

【００２８】次に図２から、１５００ｒｐｍで１０ｐｓ
におけるアクチュエータの適切な弁開度は４３ステップ
である。

【００２９】両方のステップを比較すると、現在のアク
チュエータが著しく弁を開いているため、このエンジン
は定格の出力が出ていないと判断できる。換言すれば、
エンジン出力が低下した場合、設定されたエンジン回転
数を維持するために、アクチュエータの弁開度は正常時
より開きぎみとなると言うことで、これによって、この
アクチュエータの弁開度によりエンジンの劣化を検出で
きる。

【００３０】図５は上述したエンジン劣化の第１の検出
方法を手順的に示したものである。

【００３１】図５について要約すると、各測定データを
収集し（４１：以下説明の便宜上Ａとも略記する）、Ａ
のデータより圧縮機の仕事量を演算する（４２：以下説
明の便宜上Ｂとも略記する）。一方、エンジン回転数制
御シーケンス（３０Ａ：制御装置３０が実行）は、アク
チュエータの開度４３を決定する。そして、Ｂで求めた
仕事量をエンジン出力として、図２をもとに理想的なア
クチュエータ開度と現在のアクチュエータ開度４３を比
較する（４４）。その結果、理想的な開度より開いてい
れば、エンジン劣化している（４５）と判断されて、異
常表示４６を行う（４６）。この異常表示はリモコン等
に警報表示し、サービス会社へのメンテナンスを促し、
ユーザーからのクレームを減少させることができる。一
方、理想的な弁開度と同程度ならエンジン劣化していな
い（４７）と判断される。

【００３２】（２）劣化検出の第２の方法正常なエンジ
ンにおいて、図３に示すようなエンジン回転数−エンジ
ン出力−アクチュエータをα（αは所定の値）ステップ
瞬時に開けた時の実回転数の応答の関係を、制御装置３
０にインプットしておく。この特性は図３に示す通りで
ある。従って、エンジン劣化の検出の第２の方法は、運
転中のガスエンジンのアクチュエータをαステップ開け
たときの実回転数の応答を測定し、求めた応答が、図３
の特性と比較して適切かどうか判断する。劣化している
場合は、瞬時にアクチュエータを開けて、エンジンを加
速しようとしても、実際のエンジン回転数の上昇が遅く
応答が悪い。

【００３３】例えば、エンジンの実回転数が１５００ｒ
ｐｍで、圧縮機から求めた軸動力が１０ｐｓで運転中と
する。次にアクチュエータを２０ステップ瞬時に開けた
時のエンジン回転数の上昇速度を測定したところ５ｒｐ
ｍ／ｓｅｃだった。また、図３から１５００ｒｐｍで１
０ｐｓにおける適切なエンジン回転数の上昇速度は２８
ｒｐｍ／ｓｅｃである。両方の上昇速度を比較すると、
正常出力の回転数上昇速度より遅いことが判り、このエ
ンジンが定格の出力が出ていないと判断できる。

【００３４】図６は上述したエンジン劣化の第２の検出
方法を手順的に示したものである。図６について要約す
ると、前述の図５についての説明と同様に、各測定デー
タを収集し（５１）、圧縮機の仕事量を演算する（５２
）。次に、アクチュエータを瞬時に一定の開度だけ開け
る（５３）。その時のエンジン回転数を入力する（５４
）。こうして、エンジン回転数上昇速度を演算する（５
５）。そして、Ｂで求めた仕事量をエンジン出力として
、図６をもとに理想的なエンジン回転数上昇速度と現在
の上昇度を比較する（５６）。理想的な値より低ければ
、エンジン劣化している（５７）と判断されて、異常表
示する（５８）。理想的な上昇速度と同程度なら、エン
ジン劣化していない（５９）と判断する。

【００３５】（３）劣化検出の第３の方法ガスエンジン
の吸気圧力を測定する。吸気圧力は前記吸気圧力センサ
２７より収集する。そして、正常なエンジンにおいて、
吸気圧力−エンジン回転数−エンジン出力の関係を制御
装置３０にインプットしておく。この特性は図４に示す
通りである。

【００３６】なお、この場合にも吸気温度による影響が
大きい場合には、吸気温度も制御装置３０にインプット
しておく。こうして、エンジン劣化の検出の第３の方法
は、現在のエンジン回転数に対して求めたエンジン出力
と、図５で求まる出力を比較して、劣化の有無を判断す
る。

【００３７】この第３の方法では、エンジンの吸気圧力
が低下し、図５の特性で求めたエンジン出力が異常に大
きな値となる。例えば、エンジン実回転数が１５００ｒ
ｐｍで圧縮機から求めた軸動力が１０ｐｓで吸気圧力が
−１００ｍｍＨｇで運転中となる。

【００３８】次に図５から１５００ｒｐｍで１０ｐｓに
おける適正な吸気圧力は−１８０ｍｍＨｇであり、両者
を比較すると、このエンジンは定格の出力が出ていない
と判断できる。図７は上述したエンジン劣化の第３の検
出方法を手順的に示したものである。

【００３９】図３について要約すると、前述の図５につ
いての説明と同様に、各測定データを収集し（６１）、
圧縮機の仕事量を演算する（６２）。次にエンジン吸気
圧力をインプットする（６３）。

【００４０】そして、Ｂで求めた仕事量をエンジン出力
とし、図５をもとに理想的なエンジン吸気圧力と現在の
吸気圧力を比較する（６４）。測定値が理想値より低い
ならば、エンジン劣化している（６５）と判断され、そ
の異常表示をする（６６）。理想的な吸気圧力と同程度
なら、エンジン劣化していない（６７）と判断される。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、現在運
転中のエンジンにおいて、測定されるアクチュエータ弁
開度と、正常なエンジンにおいてデータ記録されている
理想的なアクチュエータ弁開度と比較することで、エン
ジン出力が低下しているかを判定できる。また、同様に
実測したエンジン回転数上昇速度と、データ記録されて
いる理想的なエンジン回転数上昇速度と比較して、エン
ジン劣化を検出できる。更にエンジンの吸気圧力を同様
に理想的な吸気圧力と比較して判定することも可能であ
る。これにより、所定の出力が出ていないと判れば、早
急にサービスを行えて、ユーザーよりのクレームを減少
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエンジン劣化検出装置を設けたエンジ
ン駆動式ヒートポンプ装置を示す全体の構成図。

【図２】正常なエンジンにおけるエンジン出力−アクチ
ュエータ弁開度特性を示す図。

【図３】正常なエンジンにおけるエンジン出力−エンジ
ン回転数上昇速度特性を示す図。

【図４】正常なエンジンにおけるエンジン出力−吸気圧
力特性を示す図。

【図５】アクチュエータ弁開度よりエンジン劣化を検出
する第１の方法の手順を示す説明図。

【図６】エンジン回転数上昇速度よりエンジン劣化を検
出する第２の方法の手順を示す説明図。

【図７】エンジンの吸気圧力よりエンジン劣化を検出す
る第３の方法の手順を示す説明図。

【符号の説明】 １　　ガスエンジン ２　　圧縮機 ６　　四方弁 ７　　膨張弁 ８　　室内熱交換器 ９　　室外熱交換器 ２１，２１　　温度センサ ２３，２４　　圧力センサ ２５　　回転センサ ２６　　吸気温度センサ ２７　　吸気圧力センサ ３０　　制御装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　エンジンと、このエンジンにより駆動
   される圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧器、室内熱
   交換器を順次連結したヒートポンプ回路とを有したエン
   ジン駆動式ヒートポンプ装置において、前記圧縮機の吸
   込部と吐出部にそれぞれ設けられ、温度と圧力を測定す
   る温度センサと圧力センサと、エンジンの回転数を検出
   する回転センサと、エンジンへの燃料供給量を弁開度に
   より調整するアクチュエータとを有し、これら各センサ
   の検出値に基づいて現在のエンジン出力を演算し、この
   エンジン出力に対するアクチュエータ弁開度とエンジン
   出力が正常な場合のその当該数値とを比較してエンジン
   出力の劣化を検出し判定する制御手段と、その判定結果
   を表示する表示手段を設けたことを特徴とするエンジン
   駆動式ヒートポンプ装置のエンジン劣化検出装置。
2. 【請求項２】　　エンジンと、このエンジンにより駆動
   される圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧器、室内熱
   交換器を順次連結したヒートポンプ回路とを有したエン
   ジン駆動式ヒートポンプ装置において、前記圧縮機の吸
   込部と吐出部にそれぞれ設けられ、温度と圧力を測定す
   る温度センサと圧力センサと、エンジンの回転数を検出
   する回転センサと、エンジンへの燃料供給量を弁開度に
   より調整するアクチュエータとを有し、これら各センサ
   の検出値に基づいて現在のエンジン出力を演算し、この
   エンジン出力のもとアクチュエータ弁開度を一定度合多
   く開けることに応じて変化するエンジン回転数上昇速度
   とエンジン出力が正常な場合のその当該数値とを比較し
   てエンジン出力の劣化を検出し判定する制御手段と、そ
   の判定結果を表示する表示手段を設けたことを特徴とす
   るエンジン駆動式ヒートポンプ装置のエンジン劣化検出
   装置。
3. 【請求項３】　　エンジンと、このエンジンにより駆動
   される圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧器、室内熱
   交換器を順次連結したヒートポンプ回路とを有したエン
   ジン駆動式ヒートポンプ装置において、前記圧縮機の吸
   込部と吐出部にそれぞれ設けられ、温度と圧力を測定す
   る温度センサと圧力センサと、エンジンの回転数を検出
   する回転センサと、エンジンの吸気側に設けられた吸気
   圧力センサとを有し、前記温度センサ、圧力センサ、回
   転センサおよびアクチュエータよりの検出値に基づいて
   現在のエンジン出力を演算し、このエンジン出力に対す
   る吸気圧力とエンジン出力が正常な場合のその当該数値
   とを比較してエンジン出力の劣化を検出し判定する制御
   手段と、その判定結果を表示する表示手段を設けたこと
   を特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ装置のエンジ
   ン劣化検出装置。