專利名稱：發動機控制裝置和利用該裝置的發動機驅動式熱泵裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及發動機控制裝置和利用該裝置的發動機驅動式熱泵。
背景技術：
在用發動機進行驅動壓縮機的氣熱泵裝置等的發動機裝置中，一般為了滿足高效率(低燃料費用)低NOx的要求而最好進行利用超稀薄燃燒的控制。在此所謂利用超稀薄的控制是使空氣對燃料量的比率比通常大的控制。
然而，當進行利用超稀薄燃燒控制時，存在負載變動大的情況下通過跟蹤該負載確保輸出變成困難的這樣的問題。
發明內容
因此本發明是為了解決上述的現有技術中的問題而提出的，其目的是提供一種即使雖然進行利用超稀薄燃燒的控制而發生大的負載變動時也能確保適應該負載變化的發動機輸出的發動機控制裝置和利用該裝置的發動機驅動式熱泵。
為了達到上述目的，本發明的發動機控制裝置具有控制向發動機供給的燃料流量的燃料流量控制單元、和檢測發動的負載的發動機負載檢測單元；上述燃料流量控制單元具有與低NOx對應的燃料控制圖表和與高輸出對應的燃料流量控制圖表；該發動機控制裝置還具有響應發動機負載的增加率切換使用與低NOx的燃料流量控制圖表和與高輸出對應的燃料流量控制圖表的切換單元。
按照本發明的發動機控制裝置，具有控制發動機的點火時期的點火時期控制單元和檢測發動機負載的發動機負載檢測單元；上述點火時期控制單元具有與低NOx對應的點火時期控制圖表和與高輸出對應的點火時期控制圖表；該發動機控制裝置還具有響應發動機負載的增加率切換使用與低NOx對應的點火時期控制圖表和與高輸出對應的點火時期控制圖表的切換單元。
按照本發明的發動機控制裝置，具有控制發動機的轉數的轉數控制單元、檢測發動機的負載的發動機負載檢測單元；上述轉數控制單元具有與低NOx對應的轉數控制圖表和與高輸出對應的轉數控制圖表；該發動機控制裝置還具有根據發動機負載增加率切換使用與低NOx對應的轉數控制圖表和與高輸出對應的轉數控制圖表的切換單元。
按照本發明的發動機控制裝置，具有控制向發動機供給的燃料流量的燃料流量控制單元、控制發動機的點火時期的點火時期控制單元、控制發動機轉數的轉數控制單元、檢測發動機負載的發動機負載檢測單元；上述控制單元具有與低NOx對應的控制圖表和與高輸出對應的控制圖表；該發動機控制裝置還具有根據發動機負載的增加率切換使用與低NOx相對應的控制圖表和與高輸出對應的各控制圖表的切換單元。
按照本發明的發動機驅動式熱泵裝置，具有構成冷凍循環的壓縮機、驅動該壓縮機的發動機，還具有控制向該發動機供給的燃料流量的燃料流量控制單元、檢測發動機負載的發動機負載的檢測單元；上述燃料流量控制單元具有與低NOx對應的燃料流量控制圖表和與高輸出對應的燃料流量控制圖表；該發動機驅動式熱泵還具有根據發動機負載的增加率切換使用與低NOx對應的燃料流量控制圖表和與高輸出對應的燃料流量控制圖表的切換單元。
按照本發明的發動機驅動式熱泵裝置，具有構成冷凍循環的壓縮機、驅動該壓縮機的發動機，還具有控制該發動機的點火時期的點火控制單元、檢測發動機負載的發動機負載的檢測單元；上述點火控制單元具有與低NOx對應的點火時期控制圖表和與高輸出對應的點火時期的點火時期控制圖表；該發動機驅動式熱泵裝置還具有根據發動機負載的增加率切換使用與低NOx對應的點火時期控制圖表和與高輸出對應的點火時期控制圖表的切換單元。
按照本發明的發動機驅動式熱泵裝置，具有構成冷凍循環的壓縮機和驅動該壓縮機的發動機，還包括控制該發動機的轉數的轉數控制單元和檢測發動機負載的發動機負載的檢測單元；上述轉數控制單元具有與低NOx對應的轉數控制圖表和與高輸出對應的轉數控制圖表；該發動機驅動式熱泵裝置還具有響應發動機負載增加率切換使用與低NOx對應的轉數控制圖表和與高輸出對應的轉數控制圖表的切換單元。
按照本發明的發動機驅動式熱泵裝置，具有構成冷凍循環的壓縮機和驅動該壓縮機的發動機，還具有控制向該發動機供給燃料的流量燃料流量控制單元、控制發動器點火時期的點火時期控制單元、控制發動機的轉數的轉數控制單元、檢測發動機負載的發動機負載檢測單元；上述各控制單元具有與低NOx對應的控制圖表和與高輸出對應的控制圖表；該發動機驅動式熱泵裝置，還包括根據發動機負載的增加率切換使用與低NOx對應的控制圖表和與高輸出對應的各控制圖表的切換單元。
按照本發明的發動機驅動式熱泵裝置，發動負載檢測單元具有檢測冷媒壓力的壓力檢測器和檢測冷媒溫度的溫度檢測器。
圖1是表示發動機控制裝置的一實施方式所適用的發動機驅動式熱泵裝置中的冷媒電路的電路圖。
圖2是關于本發明的發動機控制裝置的控制流程圖。
圖3是與低NOx和高輸出相對應的燃料流量控制圖表。
圖4是與低NOx和高輸出相對應的點火時期控制圖表。
圖5是與低NOx和高輸出相對應的轉數控制圖表。
具體實施例方式
下面參照
本發明的實施方式。
圖1是表示關于本發明的發動機控制裝置一實施方式所適用的發動機驅動式熱泵裝置中的冷媒電路的電路圖。
如圖1所示，作為冷凍裝置的發動機驅動式熱泵裝置10具有室外機、多臺(例如兩臺)的室內機12A、12B和室內控制裝置13，室外機11的室外冷媒配管14與室內機12A、12B的各室內媒冷配置15A、15B相連。
室外機11設置在室外，壓縮機16與室外冷媒配管14相連，而在該壓縮機16的吸入側配設儲氣桶17，在排出側配設四通閥18，在該四通閥18側順次配設室外熱交換器19、室外膨脹閥24、干燥芯25。在室外熱交換器19上相鄰地配置向該室外熱交換器19送風的室外風扇20。而壓縮機16通過柔性管連接器27等連接在燃氣發動機30上并被該燃氣發動機30驅動。配設旁流管26，以便旁路室外膨脹閥24。
另外，室內機12A、12B分別設置室內，室內熱交換器21A、21B連接在室內冷媒配管15A、15B上，并且分別在室內冷媒管15A、15B上并在室內熱交換器21A、21B的附近配設室內膨脹閥22A、22B。向上述的室內熱交換器21A、21B送風的室內風扇23A、23B相鄰地配置在上述室內熱交換器21A、21B的上面。
另外，圖中的符號28表示過濾器，而符號29是使壓縮機16的排出側的冷媒壓力向壓縮機16的吸入側放掉的安全閥。
上述控制裝置13設置在室外機11上，控制室外機11和室內機12A、12B的運行。具體地說，控制裝置13分別控制室外機11上的燃氣發動機30(即壓縮機16)、四通閥18、室外風扇20和室外膨脹閥24、以及室內機12A、12B上的室內膨脹閥22A、22B和室內風扇23A、23B。
通過控制裝置13使四通閥18切換，將空氣調節裝置10設定在供冷運行或供熱運行。也就是說，在控制裝置13把四通閥18切換到供冷側時，冷媒如實線箭頭所示流動，室外熱交換器19變成冷凝器而室內熱交換器21A、21B變成蒸發器，變成供冷運行狀態，各室內熱交換器21A、21B向室內供冷而在控制裝置13把四通閥切換到致冷側時，冷媒如虛線箭頭所示流動，室內熱交熱器21A，21B變成冷凝器、室外熱交換器19變成蒸發器，變成致熱的運行狀態，各室內熱交換器21A，21B向室內供暖。
另外，控制裝置13在供冷運行時，使室內膨脹閥22A、22B的閥開度全開，在供熱運行時，根據空調負載分別控制室內膨脹閥24和室內膨脹閥22A、22B的閥開度。
另外，發動機燃料供給裝置31向驅動壓縮機的燃氣發動器30的燃燒室供給燃料和空氣的混合物。該發動機燃料供給裝置31上的燃料供給管上順次配設有燃料遮斷閥33，零調節器34，燃料調節閥35和節流閥36，該節流閥36與燃氣發動機30的上述燃燒室相連接。
燃料遮斷閥33構成閉鎖式的燃料遮斷機構，燃料遮斷閥33全閉合或全開，擇一地進行燃料氣體的無泄漏的遮斷和連通。
零調節器34在燃料供給管32中的相應的零調節器34的前后的一次側燃料氣體壓力(一次壓力a)和二次側燃料氣壓力(二次壓力b)之中，即使因一次壓力a變動也能通過調整使二次壓力b調整到規定的壓力，使燃氣發動機30的運行穩定。
發動機油供給裝置37與燃氣發動機30連接。該發動機油供給裝置30在油供給配管38上配設油遮斷閥39和油供給泵40，以便適量地向燃氣發動機30供給發動機油。
另外，燃氣發動器30被經過發動冷卻裝置41循環的發動機冷卻水冷卻。該發動機冷卻裝置47具有冷卻水配管42，在該冷卻水配管42上順次配設有增大(ワツクス)三通閥43、散熱器46和循環泵47。
上述循環泵47在運行時使發動機冷卻水升壓，使該發動機冷卻水在冷卻水配管42內循環。
上述增大三通閥43是使燃氣發動器30迅速供熱，該增大三通閥43其入口43連接在附設在冷卻水配管42上的燃氣發動機30上的排氣熱交換器側，其低溫側出口43連接在冷卻水配管42上的循環泵47的吸入側，其高溫側出口43c連接在冷卻水配管42上的散熱器46側。
在本實施方式中，為了使燃氣發動機滿足高效率(低燃料費用)，低NOx的要求，而進行超稀薄燃燒控制。
在此，所謂超稀薄燃燒控制是空氣量相對燃料的量(空燃比)比通常大的控制，具體地說，如圖3a所示，根據與低NOx的燃料對應的流量控制圖表控制供給發動機的燃料流量，如圖4a所示，根據與低NOx對應的點火時期控制圖表控制發動期的點火時期，如圖5a所示，根據與低NOx對應的轉數控制圖表控制發動機的轉數。另外，點火時期通過圖1所示的點火時期控制器200控制。
但在圖3a中，表中的A1、B1、C1、……X1、Y1、Z1表示燃料流量調整閥35的閥開度，在圖4a中，表中的A3、B3、C3、……X3、Y3、Z3表示省略圖示的燃氣發動機30的點火時期，在圖5a中，表中的A5、B5、C5、X5、Y5、Z5表示風門閥36的閥開度的變化量。
當進行上述的超稀薄燃燒控制時，在負載變動大的情況下，將使通過跟蹤該負載增加輸出變為困難，因為在超稀薄燃燒中與按理論混合比混合的燃料和氣體(空氣)的混合氣燃的情況相比燃燒狀態是不穩定的，所以不能適應急劇的發動機輸出的增加。
在本實施方式中，為了在邊根據上述圖表進行超稀薄燃燒的控制邊產生大負載變動的情況下能確保與該其負載變動相對應的發動機輸出，而準備圖3b、圖4b和圖5b所示的與高輸出對應的燃料流量控制圖表點火時期控制圖表和轉數控制圖表。
另外，在圖3b中，表中的A2、B2、C2、……X2、Y2、Z2表示燃料流量調整閥35的閥開度，在圖4b中，表中的A4、B4、C4、……X4、Y4、Z4表示省略圖示的燃氣發動機30的點火時期，在圖5b中，表中的A6、B6、C6、……X6、Y6、Z6表示調整閥的閥開度的變化量。
下面參照圖2說明發動機控制的程序。
首先，發動機起動后(S1)，計算出每單位時間的負載變化量(S2)。該負載變化量是發動機負載變化量(發動機負載的增加率)。接著判定負載變化量是否比例如20％小(S3)，當負載變化量比20％小時，就計算的發動機負載(S4)。接著進行現在的發動機負載與容許負載(例如最大輸出的70％)的比較(S5)，當比容許負載小時，采用在圖3a、圖4a和圖5a中示出的與低NOx對應的燃料流量控制圖表、點火時期控制圖表和轉數控制圖表，根據各個圖表控制燃料流量、點火時期和轉數控制。通過該間隔的控制滿足高效率(低燃料費用)、低NOx的要求。
與此相反，在S3中，在負載變化量比20％大時，該控制調節裝置預測急劇的負載變動。另外，雖然負載變化量比20％小，但在S5中，在現在的發動機負載比容許負載大小，該空氣調節裝置同樣預測急劇的負載變動。
對于該急劇的負載變動如上所述，只要使用與低NOx對應的控制圖表，跟蹤就困難。
在本實施方式中，在S3中，在負載變化量比20％大時，或負載變化量雖然比20％小，在S5中，在現在的發動機負載比容許負載大小，為了確實跟蹤在其后預測的負載變動，而采用圖3b、圖4b和圖5b中示出的與高輸出對應的燃料流量控制圖表、點火時期控制圖表和轉數控制圖表，根據各圖表控制燃料流量、點火時期和轉數控制(S7)。S6和S7的控制只要發動機不停止就繼續進行(S8)。
接著說明在S2中的負載變化量的計算程序。
該負載變化量根據在例如1秒間隔檢測的壓縮機16的出、入口中的冷媒壓力和溫度計算壓縮機功率(發動機負載)，然后計算1秒間的功率變化量。但是不受這個限定，也可以檢測例如在多次(例如5次)中在壓縮機16的冷媒壓力和溫度，再根據第一次和第5次的壓縮機16的吸入側和排出側的冷媒壓力和溫度計算發動機負載，然后求出負載變化量。
上述冷媒壓力和溫度分別由配設在圖1中示出的壓縮機16的冷媒吸入管16a上的壓力檢測器201A和溫度檢測器201B和配設在冷媒排出管16b上的壓力檢測器202A和溫度檢測器202B檢測。
首先根據(1)式求出發動機的負載。發動機輸出相當于發動機負載，壓縮機輸入相當于壓縮機功率。
發動機輸出＝壓縮機輸入＝冷媒循環量[kg/h]×(壓縮機出口焓[KJ/kg]-壓縮機入口焓[KJ/kg])………(1)式中，冷媒循環量[kg/h]根據(2)式求出，焓[KJ/kg]根據(3)式求出。
冷媒循環量[kg/h]＝(壓縮機容積[m3]×壓縮機轉數[1/hr]×體積效率)÷比容積[m3×kg]……(2)面比容積[m3/kg]＝a×(冷媒低壓)-0.9a-0.0034×(焓)3.2(焓)＝0.003×冷媒溫度+1.8×(冷媒壓力)-0.05(焓)＝b×(冷媒壓力)n而b＝363×[焓]-257n(高壓時)＝0.047×[焓]+0.04(高壓時)n(低壓時)＝-0.1325×(焓)2+0.591×(焓)+0.591×(焓)-0.5922在本實施方式中，為了滿足高效率(低燃料費用)、低NOx的要求，而在一邊對燃氣發動機30進行超稀薄燃燒控制和一邊發生急劇的負載變動時使與低NOx對應的控制圖表切換到與高輸出對應的控制圖表，控制燃氣發動機30，所以也能適應急劇的負載變動。
雖然以上是根據上述的實施方式說明本發明的，但顯然本發明是不受這個限制的。
如以上所述，按照本發明，為了滿足高效率(低燃料費用)、低NOx的要求，而在對使用與低NOx對應的控制圖表邊對發動機進行超稀薄燃燒的控制和邊發生急劇負載變動時使與低NOx相對應的控制圖表切換到與高輸出對應的控制圖表，控制發動機，所以可以與急劇的負載變動相適應。
權利要求
1.一種發動機控制裝置，其特征在于具有控制向發動機供給的燃料的流量的燃料流量控制單元、和檢測發動的負載的發動機負載檢測單元；上述燃料流量控制單元具有與低NOx對應的燃料控制圖表和與高輸出對應的燃料流量控制圖表；該發動機控制裝置還具有響應發動機負載的增加率切換使用與低NOx對應的燃料流量控制圖表和與高輸出對應的燃料流量控制圖表的切換單元。
2.一種發動機控制裝置，其特征在于具有控制發動機的點火時期的點火時期控制單元和檢測發動機負載的發動機負載檢測單元；上述點火時期控制單元具有與低NOx對應的點火時期控制圖表和與高輸出對應的點火時期控制圖表；該發動機控制裝置還具有響應發動機負載的增加率切換使用與低NOx對應的點火時期控制圖表和與高輸出對應的點火時期控制圖表的切換單元。
3.一種發動機控制裝置，其特征在于具有控制發動機的轉數的轉數控制單元、檢測發動機的負載的發動機負載檢測單元；上述轉數控制單元具有與低NOx對應的轉數控制圖表和與高輸出對應的轉數控制圖表；該發動機控制裝置還具有根據發動機負載增加率切換使用與低NOx對應的轉數控制圖表和與高輸出對應的轉數控制圖表的切換單元。
4.一種發動機控制裝置，其特征在于具有控制向發動機供給的燃料流量的燃料流量控制單元、控制發動機的點火時期的點火時期控制單元、控制發動機轉數的轉數控制單元、檢測發動機負載的發動機負載檢測單元；上述控制單元具有與低NOx對應的控制圖表和與高輸出對應的控制圖表；該發動機控制裝置還具有根據發動機負載的增加率切換使用與低NOx相對應的控制圖表和與高輸出對應的各控制圖表的切換單元。
5.一種發動機驅動式熱泵裝置，其特征在于具有構成冷凍循環的壓縮機、驅動該壓縮機的發動機，還具有控制向該發動機供給的燃料流量的燃料流量控制單元、檢測發動機負載的發動機負載的檢測單元；上述燃料流量控制單元具有與低NOx對應的燃料流量控制圖表和與高輸出對應的燃料流量控制圖表；該發動機驅動式熱泵還具有根據發動機負載的增加率切換使用與低NOx對應的燃料流量控制圖表和與高輸出對應的燃料流量控制圖表的切換單元。
6.一種發動機驅動式熱泵裝置，其特征在于具有構成冷凍循環的壓縮機、驅動該壓縮機的發動機，還具有控制該發動機的點火時期的點火控制單元、檢測發動機負載的發動機負載的檢測單元；上述點火控制單元具有與低NOx對應的點火時期控制圖表和與高輸出對應的點火時期的點火時期控制圖表；該發動機驅動式熱泵裝置還具有根據發動機負載的增加率切換使用與低NOx對應的點火時期控制圖表和與高輸出對應的點火時期控制圖表的切換單元。
7.一種發動機驅動式熱泵裝置，其特征在于具有構成冷凍循環的壓縮機和驅動該壓縮機的發動機，還包括控制該發動機的轉數的轉數控制單元和檢測發動機負載的發動機負載的檢測單元；上述轉數控制單元具有與低NOx對應的轉數控制圖表和與高輸出對應的轉數控制圖表；該發動機驅動式熱泵裝置還具有響應發動機負載增加率切換使用與低NOx對應的轉數控制圖表和與高輸出對應的轉數控制圖表的切換單元。
8.一種發動機驅動式熱泵裝置，其特征在于具有構成冷凍循環的壓縮機和驅動該壓縮機的發動機，還具有控制向該發動機供給燃料流量的燃料流量控制單元、控制發動器點火時期的點火時期控制單元、控制發動機的轉數的轉數控制單元、檢測發動機負載的發動機負載檢測單元；上述各控制單元具有與低NOx對應的控制圖表和與高輸出對應的控制圖表；該發動機驅動式熱泵裝置還具有根據發動機負載的增加率切換使用與低NOx對應的控制圖表和與高輸出對應的各控制圖表的切換單元。
9.如權利要求5至8中任意一項權利要求中所述的發動機驅動式熱泵裝置，其特征在于發動負載檢測單元具有檢測冷媒壓力的壓力檢測器和檢測冷媒溫度的溫度檢測器。
全文摘要
本發明提供一種能通過預先預測發動機負載并與大的負載變動相對應確保發動機輸出的發動機控制裝置。該發動機控制裝置具有:調整向燃氣發動機(30)供給的燃料流量的調整閥(35),使燃料點火的點火裝置(200)、調整燃氣發動機(30)的轉數的調整閥(36)、對上述各裝置進行控制的控制裝置(13);根據發動機負載的增加率通過切換使用高輸出對應圖表和低NOx對應圖表進行燃氣發動機(30)的輸出控制。
文檔編號F02P5/15GK1381672SQ0210551
公開日2002年11月27日 申請日期2002年4月12日 優先權日2001年4月13日
發明者中島克典, 岡文隆, 小島輝彥, 高松正樹 申請人:三洋電機株式會社, 三洋電機空調株式會社