圧縮機駆動装置
【課題】空調負荷に応じた回転数で圧縮機を駆動することができる圧縮機駆動装置を提供すること。
【解決手段】空調負荷が要求する圧縮機１０の要求回転数Ｎｃがエンジン１５０のアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅを下回ったときには、発電機１５４のみで圧縮機１０を駆動するモータ駆動モードに切替える。一方、要求回転数Ｎｃがエンジン１５０のアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅを上回ったときには、エンジン１５０のみで圧縮機１０を駆動するエンジン駆動モードに切替える。
【解決手段】空調負荷が要求する圧縮機１０の要求回転数Ｎｃがエンジン１５０のアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅを下回ったときには、発電機１５４のみで圧縮機１０を駆動するモータ駆動モードに切替える。一方、要求回転数Ｎｃがエンジン１５０のアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅを上回ったときには、エンジン１５０のみで圧縮機１０を駆動するエンジン駆動モードに切替える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルを構成する圧縮機を駆動するための圧縮機駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として例えば特許文献１に記載されているものが公知である。これは、エンジンを用いて圧縮機を回転駆動し、冷凍サイクルの空調負荷に応じた圧縮機回転数となるようにエンジン回転数を調整するものである。エンジン回転数はある一定の回転数範囲内で動作するものであるから、この回転数範囲内でエンジン回転数を変更することで空調負荷の変動に応じている。
【０００３】
ところで、冷凍サイクルの空調負荷に対応する圧縮機回転数がエンジンアイドリング回転数以下となる場合には、エンジン回転数を空調負荷に応じた回転数とすることができないため、エンジンの作動・停止を繰り返し行うことで要求される空調負荷に応じている。
【特許文献１】特開２００５−１４０３７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような上記従来装置では、低負荷状態が持続するような場合には、エンジン始動を繰り返すため、エンジン始動用スタータが疲労しやすい。また、冷凍サイクルが断続的に動作するため、空調感覚に違和感を覚え易いという不具合がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、冷凍サイクルの負荷に応じた回転数で圧縮機を駆動することができる圧縮機駆動装置を提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、エンジンとモータとが直結している簡単な構成においても、エンジンによる圧縮機駆動と、モータによる圧縮機駆動とを選択可能にすることにある。
【０００７】
本発明のさらに他の目的は、エンジンとモータとが直結している構成においても、モータによって圧縮機を駆動するときの電力消費を抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１の発明では、冷凍サイクルを構成する圧縮機をエンジンと回転電機とで駆動するための圧縮機駆動装置であって、冷凍サイクルの負荷に対応する圧縮機の要求回転数に応じて駆動モードを決定する制御手段を備え、制御手段は、要求回転数がエンジンのアイドリング回転数を下回ったときには、回転電機のみで圧縮機を駆動するモータ駆動モードに切替える一方、要求回転数がエンジンのアイドリング回転数を上回ったときには、エンジンのみで圧縮機を駆動するエンジン駆動モードに切替えることを特徴としている。
【０００９】
請求項１の発明によれば、アイドリング回転数で圧縮機を駆動しても空調能力が過多となるときには、モータ駆動モードに切替えて回転電機により圧縮機が駆動される。一方、アイドリング回転数以上の回転数で圧縮機を駆動するときには、エンジン駆動モードに切替えてエンジンにより圧縮機が駆動される。
【００１０】
これにより、負荷に対応した適切な回転数で継続的に圧縮機を駆動することができるため、冷凍サイクルを継続的に作動させて空調感覚を向上させることができる。
【００１１】
請求項２の発明では、モータ駆動モードに切替えられたときには、回転電機を始動した後にエンジンを停止することを特徴としている。
【００１２】
また、請求項４の発明では、エンジン駆動モードに切替えられたときには、エンジンを始動した後に回転電機を停止させることを特徴としている。
【００１３】
請求項２及び請求項４の発明によれば、圧縮機を駆動し続けたままで回転電機による駆動へと切替えることができるため、駆動モードを切替えたとしても冷凍サイクルを連続的に運転できる。
【００１４】
請求項３の発明では、回転電機の始動後、回転電機の回転数をアイドリング回転数に調速した後にエンジンを停止させることを特徴としている。
【００１５】
請求項３の発明によれば、回転電機始動時の突入電流を低減することができるため、回転電機の周辺機器に対する影響を抑制することができる。
【００１６】
請求項５の発明では、エンジンの始動後、エンジン回転数が自立回転可能な回転数以上となったときに回転電機を停止させることを特徴としている。
【００１７】
請求項５の発明によれば、スタータを用いることなくエンジンを始動することができることができるため、エンジン始動によるスタータの疲労の虞がない。
【００１８】
請求項６の発明では、回転電機はエンジンに直結された発電機で構成されており、エンジンにはデコンプレッション装置を備えており、モータ駆動モードに切替えられたときには、デコンプレッション装置を作動することを特徴としている。
【００１９】
請求項７の発明では、回転電機はエンジンに直結された発電機で構成されており、エンジンにはデコンプレッション装置を備えており、エンジン駆動モードに切替えられたときには、デコンプレッション装置の作動を停止することを特徴としている。
【００２０】
請求項６及び請求項７の発明は、エンジンに直結された発電機を回転電機として用いる構成である。このように構成すれば、モータ駆動モードで用いる回転電機を別途設ける必要がないため、構成を簡略化することができる。
【００２１】
請求項６の構成では、モータ駆動モード時には圧縮機とともにエンジンを回転させることとなるが、デコンプレッション装置を作動させていることでクランキングトルクが減少されて発電機に対する負荷を低減することができる。また、発電機に対する負荷が低減されることで、発電機の消費電力を低減することができる。
【００２２】
また、請求項７の発明のように、エンジン駆動モードに切替えたときには、デコンプレッション装置の作動を停止すればエンジンを始動することができる。
【００２３】
請求項８の発明では、制御手段は、エンジン駆動モードにおいて、エンジンが過負荷であると判断したときには、エンジンと回転電機とで圧縮機を駆動する併用駆動モードに切替えることを特徴としている。
【００２４】
エンジンが過負荷となっている場合、特にディーゼルエンジンでは黒煙排気が発生することがあり、また、エンジンが負荷に耐えられずに停止することもある。本発明構成では、発電機により圧縮機の駆動を補助することで、上記の不具合をも解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
＜第１の実施形態＞
本発明の実施形態について図１ないし図５を参照して説明する。本実施形態は、エンジンを駆動源とするエンジン駆動式の冷凍サイクル装置であり、全体構成を図１に示す。
【００２６】
本実施形態の冷凍サイクル装置は、室内空調に供されるものであり、冷房運転と暖房運転の２つの運転モードを有している。このうち、暖房運転時には、エンジン１５０からの排熱を回収利用するヒートポンプサイクルとして機能する。この冷凍サイクル装置は、室外機１と室内機２とから構成されており、サイクル中の冷媒循環経路には、圧縮機１０、四方弁２０、室内熱交換器３０、室外熱交換器４０、冷媒加熱器５０が配されている。
【００２７】
圧縮機１０は、エンジン１５０により駆動されるものであり、冷媒を圧縮し、圧縮後の高圧気相冷媒を吐出する。四方弁２０は、運転モードに応じて圧縮機１０の冷媒吐出側及び冷媒加熱器５０の冷媒流入側のそれぞれを互い違いに室内熱交換器３０及び室外熱交換器４０に接続切替する。具体的には、冷房運転時には、圧縮機１０の冷媒吐出側と室外熱交換器４０とを接続するとともに、室内熱交換器３０と冷媒加熱器５０の冷媒流入側とを接続する。暖房運転には、圧縮機１０の冷媒吐出側と室内熱交換器３０とを接続するとともに、室外熱交換器４０と冷媒加熱器５０の冷媒流入側とを接続する。
【００２８】
圧縮機１０と四方弁２０との間には、圧縮機１０から吐出された冷媒と、その冷媒に含まれる潤滑油とを分離するオイルセパレータ６０が配されている。このオイルセパレータ６０で分離された潤滑油は、圧縮機１０の冷媒吸引側に戻される。
【００２９】
室内交換機３０は、複数備えられており、各室内熱交換器３０に対応して設けられた送風ファン３１により吹き付けられた室内空気と熱交換するようになっている。これらの室内熱交換器３０は、暖房運転時には、室内空気を加熱して内部を流通する冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。また、冷房運転時には室内空気を冷却して内部を流通する冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。
【００３０】
室外熱交換器４０は、複数備えられており、送風ファン４１により吹き付けられた室外空気と熱交換するようになっている。これらの室外熱交換器４０は、冷房運転時には、室外空気を加熱して内部を流通する冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。また、暖房運転時には、室内空気を冷却して内部を流通する冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。
【００３１】
室内熱交換器３０と室外熱交換器４０との間には、気液分離器７０及び膨張弁８０が配置されている。気液分離器７０は、液相冷媒と気相冷媒とを分離し、液相冷媒のみを外部に流出させるものである。膨張弁８０は、気液分離器７０よりも室外熱交換器４０側に位置しており、冷房運転時には全開状態とされる一方、暖房運転時には弁開度の調整により室内熱交換器３０を流出した冷媒を減圧膨張する。
【００３２】
各室内熱交換器３０のうち気液分離器７０に連なる配管には、それぞれ室内側減圧弁３２及びストレーナ３３が設けられている。室内側膨張弁３２は、冷房運転時には、室外熱交換器４０から流出する冷媒を減圧膨張する減圧弁として機能し、暖房運転時には冷媒の流量を調整する流量弁として機能する。また、ストレーナ３３は、冷媒中の塵埃を除去するものであり、各室内側膨張弁３２の冷媒流れ上下流側のそれぞれに設けられている。
【００３３】
冷媒加熱器５０は、例えば、プレート式熱交換器により構成されており、内部を流通する冷媒をエンジン冷却水により加熱するものである。この冷媒加熱器５０内を流通させるエンジン冷却水の流量は、三方弁９０の弁開度により調整されるようになっている。
【００３４】
冷媒加熱器５０の冷媒流出側と圧縮機１０の冷媒吸引側との間には、アキュムレータ１００が配置されている。このアキュムレータ１００は、冷媒加熱器５０を流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離し、分離後の気相冷媒を圧縮機１０の冷媒吸引側に流出させるようになっている。
【００３５】
室外側と室内側とを連結する一対の冷媒配管には、室外側と室内側との冷媒流路を開閉するための開閉バルブ１１０がそれぞれ設けられている。また一対の冷媒配管の一方側には、冷媒中の水分を除去するための乾燥剤を有するドライヤ１２０が配されている。
【００３６】
室外機１内には、電磁弁１４０及びリキッド弁１３０が設けられている。電磁弁１４０及びリキッド弁１３０は、除霜運転時に開かれることにより、圧縮機１０から吐出した冷媒を室内熱交換器３０及び室外熱交換器４０をバイパスさせて圧縮機１０に還流させるようになっている。また、リキッド弁１３０は、圧縮機１０から吐出される冷媒の吐出温度が一定以上に上昇したときにも開弁され、室内熱交換器３０を流出した冷媒を圧縮機１０側にバイパスさせる。
【００３７】
サイクル中の冷媒流路には、冷媒温度あるいは冷媒圧力を検出するためのセンサが配置されている。具体的には、室内機１側には、圧縮機１０に吸引される冷媒の温度及び圧力と、圧縮機１０から吐出される冷媒の温度及び圧力とをそれぞれ検出するための吸入温度センサ３１１、吸入圧力センサ３１２、吐出温度センサ３１３、吐出圧力センサ３１４が設けられている。また、室外熱交換器４０に出入りする冷媒の温度をそれぞれ検出する温度センサ３２１，３２２、外気温度を検出する外気温度センサ３２３、冷媒加熱器５０を出入りする冷媒の温度をそれぞれ検出する温度センサ３３１，３３２が設けられている。
【００３８】
室内機２側には、各室内熱交換器３０を出入りする冷媒の温度を検出する温度センサ３４１，３４２、室内熱交換器３０に吸入される室内空気の温度を検出する吸入空気温度センサ３４３、室内熱交換器３０から吹き出される室内空気の温度を検出する吹出空気温度センサ３４４が設けられている。
【００３９】
エンジン１５０は、圧縮機１０を駆動するものであり、負荷状態に応じて回転数を変更する。使用回転数範囲は、例えば１２００〜２４００ｒｐｍとされている。１２００ｒｐｍは、アイドリング回転数Ｎｉｄｌｅである。このエンジン１５０からの排熱は、内部を流通するエンジン冷却水に回収され、エンジン冷却水が冷却水回路１６０を流通することで、回収された排熱が外部に放熱され、あるいは冷媒加熱器５０内を流通する冷媒に回収される。
【００４０】
エンジン冷却水回路１６０には、エンジン１５０と冷媒加熱器５０との間を循環する加熱器側経路ＲＡと、エンジン１５０とラジエター１５１との間を循環するラジエター側経路ＲＢとの２つの経路が設けられている。この２つの経路ＲＡ，ＲＢへの切替は、三方弁９０の弁開度により調整されるようになっている。また、各経路ＲＡ，ＲＢへ流入させるエンジン冷却水の流量比についてもこの三方弁９０の弁開度により調整されるようになっている。
【００４１】
冷却水回路１６０には、エンジン１５０を流出したエンジン冷却水を上記の各経路ＲＡ，ＲＢ側に流通させることなくエンジン１５０に流入させるためのバイパス通路ＲＣが形成されており、このバイパス通路ＲＣと各経路ＲＡ，ＲＢ側との分岐点にはサーモ弁１７０が配されている。このサーモ弁１７０は、通過するエンジン冷却水の温度が所定温度よりも低いときには、バイパス通路ＲＣ側へエンジン冷却水を流すように弁体を開く。上記所定温度は、例えば、６５℃である。また、エンジン冷却水の温度が所定温度以上となっているときには、各経路ＲＡ，ＲＢ側へエンジン冷却水を流すように弁体を開く。また、バイパス通路ＲＣとエンジン１５０のエンジン冷却水流入側との間には、エンジン冷却水を循環させるための冷却水ポンプ１８０が配されている。
【００４２】
エンジン１５０には、デコンプレッション装置が設けられている。デコンプレッション装置には、その作動、非作動を切り替えるデコンプソレノイド１５２を備える。エンジン１５０には、燃料バルブ１５３が設けられている。このデコンプソレノイド１５２は、デコンプレッション装置によって、エンジン１５０のポンプ作用を無効化し、エンジン１５０を外部動力により回転させる際の動力消費を低減する。デコンプレッション装置としては、例えば、エンジン１５０の動弁機構を停止させるものや、エンジン１５０のシリンダ内圧力を開放するものが知られている。当該ソレノイド１５２がオンされたときには内部圧力が開放される一方、オフされているときには内部圧力が保持される。燃料バルブ１５３は、燃料噴射装置への燃料供給状態を切替えるものであり、この燃料バルブ１５３がオンされているときには燃料供給がなされ、オフされているときには燃料供給が遮断される。
【００４３】
また、エンジン１５０には、回転電機としての発電機１５４が設けられている。発電機１５４は、その回転軸がエンジン１５０のクランクに直結されており、エンジン１５０の回転に伴って発電する。発電電力は、レギュレータ等の電圧安定化回路を介してバッテリー等の蓄電装置に蓄電される。本実施形態の発電機１５４は、発電機能のほかに、圧縮機１０を駆動するための電動機としても機能する。このため、発電機１５４にはインバータ等の電源回路１５４Ａが設けられており、この電源回路１５４Ａからの電源供給によって運転されるようになっている。
【００４４】
リモコン２００は、使用者の操作入力によって運転モード、設定温度等を設定するものであり、設定項目に関する情報が制御装置２１０に送信されるようになっている。
【００４５】
制御手段としての制御装置２１０は、設定項目に関する情報、各種温度センサ及び圧力センサの検出信号に基づいて、運転モード及び駆動モードを決定する。そして、決定した運転モード及び駆動モードに応じて、四方弁２０、室内側減圧弁３２、膨張弁８０、三方弁９０、エンジン１５０、発電機１５４等の制御を行う。
【００４６】
本実施形態の構成は以上であり、続いてその動作について説明する。本実施形態では、決定された運転モードが冷房運転であるときには、制御装置２１０は、四方弁２０を切替制御して、圧縮機１０の冷媒吐出側と室外熱交換器４０とを接続するとともに、室内熱交換器３０と冷媒加熱器５０の冷媒流入側とを接続する。そして、室内側減圧弁３２の弁開度を負荷状態に応じて調整するとともに、膨張弁８０を全開状態とする。
【００４７】
従って、サイクル中の冷媒は、圧縮機１０、室外熱交換器４０、室内熱交換器３０、冷媒加熱器５０の順番で流通する。冷媒は、図１中の破線矢印の方向に流通する。冷媒は、室内熱交換器３０では、送風ファン３１により吹き付けられた室内空気を冷却する。また、冷房運転時には、冷媒にエンジン１３０の排熱を回収させる必要がないため、三方弁９０を制御して、エンジン冷却水をラジエター側経路ＲＢに流通させる。
【００４８】
暖房運転時には、制御装置２１０は、四方弁２０を切替制御して、圧縮機１０の冷媒吐出側と室内熱交換器３０とを接続するとともに、室外熱交換器４０と冷媒加熱器５０の冷媒流入側とを接続する。そして、膨張弁８０の弁開度を負荷状態に応じて調整するとともに、室内側減圧弁３２を全開状態とする。
【００４９】
従って、サイクル中の冷媒は、圧縮機１０、室内熱交換器３０、室外熱交換器４０、冷媒加熱器５０の順番で流通する。冷媒は、図１中の実線矢印の方向に流通する。冷媒は、室内熱交換器３０では、送風ファン３１により吹き付けられた室内空気を加熱する。また、暖房運転時には、エンジン７０の排熱を冷媒に回収させるために、三方弁９０を制御してエンジン冷却水を加熱器側経路ＲＡに流通させる。
【００５０】
制御装置２１０は、各運転モードにおいて冷凍サイクルの空調負荷に対応する圧縮機１０の要求回転数Ｎｃを決定し、決定された要求回転数Ｎｃに応じて駆動モードを切替える。以下、駆動モード切替制御について説明する。
【００５１】
「駆動モード決定処理」
図２のフローチャートに示すように、ステップＳ１００では、要求回転数Ｎｃがエンジン１５０のアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅよりも小さいか否かを判断する。要求回転数Ｎｃがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅよりも小さいときには（ステップＳ１００でＹｅｓ）、ステップＳ１１０に進んで駆動モードをモータ駆動モードに切替える。一方、要求回転数Ｎｃがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅよりも大きいときには（ステップＳ１００でＮｏ）、ステップＳ１２０に進んで駆動モードをエンジン駆動モードに切替える。
【００５２】
エンジン駆動モードに切替えられたとき、あるいはエンジン駆動モードに切替えられているときには、ステップＳ１３０にて各種センサからの情報に基づいてエンジン１５０の負荷状態を判断し、エンジン１５０が過負荷であると判断したときには（ステップ１３０でＹｅｓ）、ステップＳ１４０にてエンジン１５０とともに発電機１５４をも用いて圧縮機１０を駆動する併用駆動モードに切替える。また、エンジン１５０が過負荷でないと判断されたときには、（ステップＳ１３０でＮｏ）、エンジン駆動モードを維持する。
【００５３】
「モータ駆動モード」
モータ駆動モードでの処理を図３に示す。まず、ステップＳ２００では圧縮機１０の駆動源がエンジン１５０から発電機１５４に切替えられたか否かを判断する。切替の判断は、当該モータ駆動モードが選択されたときに、以下に示すステップＳ２１０〜Ｓ２５０の処理をし終えたか否かで判断することができる。
【００５４】
ここで、発電機１５４への切替が完了しているときには（ステップＳ２００でＹｅｓ）、ステップＳ２６０に進み、発電機回転数Ｎｇが要求回転数Ｎｃとなるように調速制御する。
【００５５】
一方、発電機１５４への切替がなされていないときには（ステップＳ２００でＮｏ）、ステップＳ２１０にて電源回路１５４Ａからの電源供給を開始し、ステップＳ２２０で発電機回転数Ｎｇがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅとなるように発電機１５４を調速制御する。
【００５６】
ステップＳ２３０では、発電機回転数Ｎｇがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅに到達したか否かを判断する。発電機回転数Ｎｇがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅに到達したときには（ステップＳ２３０でＹｅｓ）、ステップＳ２４０でデコンプソレノイド１５２をオンすることでエンジンシリンダ内の圧力を開放し、ステップＳ２５０で燃料バルブ１５３をオフしてエンジンへの燃料供給を停止する。この後、ステップＳ２６０に進み、空調負荷に合わせて発電機１５４を調速制御する、即ち、発電機回転数Ｎｇが要求回転数Ｎｃとなるように発電機１５４を調速制御する。
【００５７】
「エンジン駆動モード」
エンジン駆動モードでの処理を図４に示す。まず、ステップＳ３００では、圧縮機１０の駆動源が発電機１５４からエンジン１５０に切替えられたか否かを判断する。切替の判断は、当該エンジン駆動モードが選択されたときに、以下に示すステップＳ３１０〜Ｓ３５０の処理をし終えたか否かで判断することができる。
【００５８】
ここで、エンジン１５０への切替が完了しているときには（ステップＳ３００でＹｅｓ）、ステップＳ３６０に進み、エンジン回転数Ｎｅｇが要求回転数Ｎｃとなるようにエンジン１５０を調速制御する。
【００５９】
一方、エンジン１５０への切替が完了していないときには（ステップＳ３００でＮｏ）、ステップＳ３１０にて発電機回転数Ｎｇを３００ｒｐｍ以上に維持し、ステップＳ３２０で燃料バルブ１５３をオンするとともに、ステップＳ３３０でデコンプソレノイド１５２をオフする。
【００６０】
ステップＳ３４０では、エンジン回転数Ｎｅｇが７００ｒｐｍ以上となったか否かを判断する。この７００ｒｐｍは、エンジン１５０が自立回転可能な回転数として予め設定されている。７００ｒｐｍ以上であれば、エンジン１５０が始動したと判断し、ステップＳ３５０で電源回路１５４Ａからの駆動信号の供給を停止して電動機１５３による駆動を停止する。この後、ステップＳ３６０に進み、空調負荷に合わせてエンジン１５０を調速制御する、即ち、エンジン回転数Ｎｅｇが要求回転数Ｎｃとなるようにエンジン１５０を調速制御する。
【００６１】
「併用駆動モード」
エンジン駆動モードでの処理を図４に示す。まず、ステップＳ４００で発電機１５４を始動した後、ステップＳ４１０で空調負荷に合わせて発電機１５４を調速制御する。
【００６２】
以下、各駆動モードへの切替動作について説明する。
【００６３】
「要求回転数Ｎｃがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅを下回ったとき」
暖房時において、空調負荷及び室外気温が低いとき等、サイクルの空調負荷が低下することで要求回転数Ｎｃがエンジンアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅを下回ったときには、エンジン１５０の回転数をアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅにまで低下させてもサイクル能力が過多となるため、圧縮機１０をアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅ以下で駆動する必要がある。このような場合には、駆動モードがモータ駆動モードに切替えられる（ステップＳ１００でＹｅｓ、ステップＳ１１０）。
【００６４】
エンジン１５０から発電機１５４への切替は、はじめに、電源回路１５４Ａから発電機１５４に対して電源供給がなされて発電機１５４が作動し、その回転数Ｎｇがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅとなるように調速される（ステップＳ２１０、ステップＳ２２０）。発電機回転数Ｎｇがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅに調速された時には（ステップＳ２３０でＹｅｓ）、デコンプソレノイド１５２がオンされるとともに、燃料バルブ１５３がオフされることでエンジン１５０が停止する（ステップＳ２４０、ステップＳ２５０）。従って、発電機１５４は、エンジン１５０を回転させながら圧縮機１０を駆動する。
【００６５】
発電機１５４への駆動切替が完了した後、サイクルの空調負荷に応じて発電機回転数Ｎｇが調速される（ステップＳ２００、ステップＳ２６０）。
【００６６】
このように、圧縮機１０を駆動し続けたまま圧縮機１０の駆動源をエンジン１５０から発電機１５４に切替えることができ、冷凍サイクルを連続的に運転できる。また、発電機１５４が回転されている状態で始動されるため、始動トルクが低減され、始動時の突入電流を低減することもできる。さらには、デコンプソレノイド１５２をオンすることで、エンジンのクランキングトルクが低減されることで、発電機１５４の負荷が低減され、その消費電力を低減することができる。
【００６７】
「要求回転数Ｎｃがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅを上回ったとき」
サイクルの空調負荷が増加して要求回転数Ｎｃがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅを上回ったときには、エンジン１５０の使用回転数範囲内で圧縮機１０を駆動することができるため、駆動モードがエンジン駆動モードに切替えられる（ステップＳ１００でＮｏ、ステップＳ１２０）。
【００６８】
発電機１５４からエンジン１５０への切替は、はじめに、発電機回転数Ｎｇがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅとなるように発電機１５４が調速され（ステップＳ３１０）、発電機１５４が調速された後に、燃料バルブ１５３がオンされるとともにデコンプソレノイド１５２がオフされてエンジン１５０が始動される（ステップＳ３１０、Ｓ３２０、Ｓ３３０）。
【００６９】
そして、エンジン回転数Ｎｇが、エンジン１５０が７００ｒｐｍ以上となったときには（ステップＳ３４０でＹｅｓ）、発電機１５４の駆動を停止する（ステップＳ３５０）。従って、発電機１５４はエンジン１５０を始動するためのスタータとして機能している。
【００７０】
エンジン１５０への駆動切替の完了後、サイクルの空調負荷に応じてエンジン回転数Ｎｅｇが調整される（ステップＳ３００、ステップＳ３６０）。
【００７１】
このように、圧縮機１０を駆動し続けたまま圧縮機１０の駆動源を発電機１５４からエンジン１５０に切替えることができ、冷凍サイクルを連続的に運転できる。また、エンジン１５０を始動する際には、発電機１５４がスタータとして機能するため、エンジン１５０の始動用スタータを使用する必要がなく、スタータの疲労を低減することができる。
【００７２】
「エンジン過負荷時」
冷房時において、空調負荷及び室外気温が高いとき等、エンジン１５０が過負荷であると判断されたときには、発電機１５４をも圧縮機１０の駆動に用いる併用駆動モードに切替えられる（ステップＳ１３０でＹｅｓ、ステップＳ１４０）。
【００７３】
当該モードに切替えられたときには、エンジン１５０は既に作動しているので、発電機１５４を始動して圧縮機１０の駆動トルクを増加させる。
【００７４】
エンジンが過負荷となっているときには、黒煙排気が発生することがあり、さらには、エンジンが負荷に耐えられずに停止することもあるが、このように発電機１５４により圧縮機１０の駆動を補助することで、上記の不具合を解消しつつ、必要な空調能力を発揮することができる。
【００７５】
以上、本実施形態によれば、要求回転数Ｎｃがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅを下回ることでエンジン１５０による圧縮機１０の駆動では空調能力が過多となるときには、モータ駆動モードに切替えて電動機１５３により圧縮機１０を駆動する一方、要求回転数Ｎｃがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅを上回ったときには、エンジン駆動モードに切替えてエンジン１５０で圧縮機１０を駆動することで、必要な空調能力に対応した回転数で圧縮機１０を駆動することができる。
【００７６】
このように、圧縮機１０を要求回転数Ｎｃ回に応じた回転数で駆動し続けることができるため、冷凍サイクルを継続的に動作させて空調感覚を向上させることができる。
【００７７】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００７８】
上記実施形態では、発電機１５４を圧縮機１０を駆動するための駆動源として用いた構成を示したが、例えば、圧縮機１０を駆動するための専用の電動機を備えた構成であっても良い。
【００７９】
上記実施形態では、モータ駆動モード切替時において、発電機１５４を始動した後にエンジン１５０の駆動を停止させるようにしていたが、例えば、発電機１５４の始動をエンジン駆動停止と同時あるいは、停止後としてもよい。
【００８０】
上記実施形態では、エンジン駆動モード切替時において、エンジン１５０を始動した後に発電機１５４の駆動を停止させるようにしていたが、例えば、エンジン１５０の始動を発電機１５４の駆動停止と同時あるいは、停止後としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本実施形態に係るヒートポンプサイクル装置の全体構成を示した概念図である。
【図２】駆動モード決定処理の内容を示したフローチャートである。
【図３】モータ駆動モードの処理内容を示したフローチャートである。
【図４】エンジン駆動モードの内容を示したフローチャートである。
【図５】併用駆動モードの内容を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００８２】
１０…圧縮機
１５０…エンジン
１５２…デコンプソレノイド（デコンプレッション装置）
１５３…発電機（電動機）
２１０…制御装置（制御手段）
Ｎｃ…要求回転数
Ｎｅｇ…エンジン回転数
Ｎｇ…発電機回転数
Ｎｉｄｌｅ…アイドリング回転数
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルを構成する圧縮機を駆動するための圧縮機駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として例えば特許文献１に記載されているものが公知である。これは、エンジンを用いて圧縮機を回転駆動し、冷凍サイクルの空調負荷に応じた圧縮機回転数となるようにエンジン回転数を調整するものである。エンジン回転数はある一定の回転数範囲内で動作するものであるから、この回転数範囲内でエンジン回転数を変更することで空調負荷の変動に応じている。
【０００３】
ところで、冷凍サイクルの空調負荷に対応する圧縮機回転数がエンジンアイドリング回転数以下となる場合には、エンジン回転数を空調負荷に応じた回転数とすることができないため、エンジンの作動・停止を繰り返し行うことで要求される空調負荷に応じている。
【特許文献１】特開２００５−１４０３７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような上記従来装置では、低負荷状態が持続するような場合には、エンジン始動を繰り返すため、エンジン始動用スタータが疲労しやすい。また、冷凍サイクルが断続的に動作するため、空調感覚に違和感を覚え易いという不具合がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、冷凍サイクルの負荷に応じた回転数で圧縮機を駆動することができる圧縮機駆動装置を提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、エンジンとモータとが直結している簡単な構成においても、エンジンによる圧縮機駆動と、モータによる圧縮機駆動とを選択可能にすることにある。
【０００７】
本発明のさらに他の目的は、エンジンとモータとが直結している構成においても、モータによって圧縮機を駆動するときの電力消費を抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１の発明では、冷凍サイクルを構成する圧縮機をエンジンと回転電機とで駆動するための圧縮機駆動装置であって、冷凍サイクルの負荷に対応する圧縮機の要求回転数に応じて駆動モードを決定する制御手段を備え、制御手段は、要求回転数がエンジンのアイドリング回転数を下回ったときには、回転電機のみで圧縮機を駆動するモータ駆動モードに切替える一方、要求回転数がエンジンのアイドリング回転数を上回ったときには、エンジンのみで圧縮機を駆動するエンジン駆動モードに切替えることを特徴としている。
【０００９】
請求項１の発明によれば、アイドリング回転数で圧縮機を駆動しても空調能力が過多となるときには、モータ駆動モードに切替えて回転電機により圧縮機が駆動される。一方、アイドリング回転数以上の回転数で圧縮機を駆動するときには、エンジン駆動モードに切替えてエンジンにより圧縮機が駆動される。
【００１０】
これにより、負荷に対応した適切な回転数で継続的に圧縮機を駆動することができるため、冷凍サイクルを継続的に作動させて空調感覚を向上させることができる。
【００１１】
請求項２の発明では、モータ駆動モードに切替えられたときには、回転電機を始動した後にエンジンを停止することを特徴としている。
【００１２】
また、請求項４の発明では、エンジン駆動モードに切替えられたときには、エンジンを始動した後に回転電機を停止させることを特徴としている。
【００１３】
請求項２及び請求項４の発明によれば、圧縮機を駆動し続けたままで回転電機による駆動へと切替えることができるため、駆動モードを切替えたとしても冷凍サイクルを連続的に運転できる。
【００１４】
請求項３の発明では、回転電機の始動後、回転電機の回転数をアイドリング回転数に調速した後にエンジンを停止させることを特徴としている。
【００１５】
請求項３の発明によれば、回転電機始動時の突入電流を低減することができるため、回転電機の周辺機器に対する影響を抑制することができる。
【００１６】
請求項５の発明では、エンジンの始動後、エンジン回転数が自立回転可能な回転数以上となったときに回転電機を停止させることを特徴としている。
【００１７】
請求項５の発明によれば、スタータを用いることなくエンジンを始動することができることができるため、エンジン始動によるスタータの疲労の虞がない。
【００１８】
請求項６の発明では、回転電機はエンジンに直結された発電機で構成されており、エンジンにはデコンプレッション装置を備えており、モータ駆動モードに切替えられたときには、デコンプレッション装置を作動することを特徴としている。
【００１９】
請求項７の発明では、回転電機はエンジンに直結された発電機で構成されており、エンジンにはデコンプレッション装置を備えており、エンジン駆動モードに切替えられたときには、デコンプレッション装置の作動を停止することを特徴としている。
【００２０】
請求項６及び請求項７の発明は、エンジンに直結された発電機を回転電機として用いる構成である。このように構成すれば、モータ駆動モードで用いる回転電機を別途設ける必要がないため、構成を簡略化することができる。
【００２１】
請求項６の構成では、モータ駆動モード時には圧縮機とともにエンジンを回転させることとなるが、デコンプレッション装置を作動させていることでクランキングトルクが減少されて発電機に対する負荷を低減することができる。また、発電機に対する負荷が低減されることで、発電機の消費電力を低減することができる。
【００２２】
また、請求項７の発明のように、エンジン駆動モードに切替えたときには、デコンプレッション装置の作動を停止すればエンジンを始動することができる。
【００２３】
請求項８の発明では、制御手段は、エンジン駆動モードにおいて、エンジンが過負荷であると判断したときには、エンジンと回転電機とで圧縮機を駆動する併用駆動モードに切替えることを特徴としている。
【００２４】
エンジンが過負荷となっている場合、特にディーゼルエンジンでは黒煙排気が発生することがあり、また、エンジンが負荷に耐えられずに停止することもある。本発明構成では、発電機により圧縮機の駆動を補助することで、上記の不具合をも解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
＜第１の実施形態＞
本発明の実施形態について図１ないし図５を参照して説明する。本実施形態は、エンジンを駆動源とするエンジン駆動式の冷凍サイクル装置であり、全体構成を図１に示す。
【００２６】
本実施形態の冷凍サイクル装置は、室内空調に供されるものであり、冷房運転と暖房運転の２つの運転モードを有している。このうち、暖房運転時には、エンジン１５０からの排熱を回収利用するヒートポンプサイクルとして機能する。この冷凍サイクル装置は、室外機１と室内機２とから構成されており、サイクル中の冷媒循環経路には、圧縮機１０、四方弁２０、室内熱交換器３０、室外熱交換器４０、冷媒加熱器５０が配されている。
【００２７】
圧縮機１０は、エンジン１５０により駆動されるものであり、冷媒を圧縮し、圧縮後の高圧気相冷媒を吐出する。四方弁２０は、運転モードに応じて圧縮機１０の冷媒吐出側及び冷媒加熱器５０の冷媒流入側のそれぞれを互い違いに室内熱交換器３０及び室外熱交換器４０に接続切替する。具体的には、冷房運転時には、圧縮機１０の冷媒吐出側と室外熱交換器４０とを接続するとともに、室内熱交換器３０と冷媒加熱器５０の冷媒流入側とを接続する。暖房運転には、圧縮機１０の冷媒吐出側と室内熱交換器３０とを接続するとともに、室外熱交換器４０と冷媒加熱器５０の冷媒流入側とを接続する。
【００２８】
圧縮機１０と四方弁２０との間には、圧縮機１０から吐出された冷媒と、その冷媒に含まれる潤滑油とを分離するオイルセパレータ６０が配されている。このオイルセパレータ６０で分離された潤滑油は、圧縮機１０の冷媒吸引側に戻される。
【００２９】
室内交換機３０は、複数備えられており、各室内熱交換器３０に対応して設けられた送風ファン３１により吹き付けられた室内空気と熱交換するようになっている。これらの室内熱交換器３０は、暖房運転時には、室内空気を加熱して内部を流通する冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。また、冷房運転時には室内空気を冷却して内部を流通する冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。
【００３０】
室外熱交換器４０は、複数備えられており、送風ファン４１により吹き付けられた室外空気と熱交換するようになっている。これらの室外熱交換器４０は、冷房運転時には、室外空気を加熱して内部を流通する冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。また、暖房運転時には、室内空気を冷却して内部を流通する冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。
【００３１】
室内熱交換器３０と室外熱交換器４０との間には、気液分離器７０及び膨張弁８０が配置されている。気液分離器７０は、液相冷媒と気相冷媒とを分離し、液相冷媒のみを外部に流出させるものである。膨張弁８０は、気液分離器７０よりも室外熱交換器４０側に位置しており、冷房運転時には全開状態とされる一方、暖房運転時には弁開度の調整により室内熱交換器３０を流出した冷媒を減圧膨張する。
【００３２】
各室内熱交換器３０のうち気液分離器７０に連なる配管には、それぞれ室内側減圧弁３２及びストレーナ３３が設けられている。室内側膨張弁３２は、冷房運転時には、室外熱交換器４０から流出する冷媒を減圧膨張する減圧弁として機能し、暖房運転時には冷媒の流量を調整する流量弁として機能する。また、ストレーナ３３は、冷媒中の塵埃を除去するものであり、各室内側膨張弁３２の冷媒流れ上下流側のそれぞれに設けられている。
【００３３】
冷媒加熱器５０は、例えば、プレート式熱交換器により構成されており、内部を流通する冷媒をエンジン冷却水により加熱するものである。この冷媒加熱器５０内を流通させるエンジン冷却水の流量は、三方弁９０の弁開度により調整されるようになっている。
【００３４】
冷媒加熱器５０の冷媒流出側と圧縮機１０の冷媒吸引側との間には、アキュムレータ１００が配置されている。このアキュムレータ１００は、冷媒加熱器５０を流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離し、分離後の気相冷媒を圧縮機１０の冷媒吸引側に流出させるようになっている。
【００３５】
室外側と室内側とを連結する一対の冷媒配管には、室外側と室内側との冷媒流路を開閉するための開閉バルブ１１０がそれぞれ設けられている。また一対の冷媒配管の一方側には、冷媒中の水分を除去するための乾燥剤を有するドライヤ１２０が配されている。
【００３６】
室外機１内には、電磁弁１４０及びリキッド弁１３０が設けられている。電磁弁１４０及びリキッド弁１３０は、除霜運転時に開かれることにより、圧縮機１０から吐出した冷媒を室内熱交換器３０及び室外熱交換器４０をバイパスさせて圧縮機１０に還流させるようになっている。また、リキッド弁１３０は、圧縮機１０から吐出される冷媒の吐出温度が一定以上に上昇したときにも開弁され、室内熱交換器３０を流出した冷媒を圧縮機１０側にバイパスさせる。
【００３７】
サイクル中の冷媒流路には、冷媒温度あるいは冷媒圧力を検出するためのセンサが配置されている。具体的には、室内機１側には、圧縮機１０に吸引される冷媒の温度及び圧力と、圧縮機１０から吐出される冷媒の温度及び圧力とをそれぞれ検出するための吸入温度センサ３１１、吸入圧力センサ３１２、吐出温度センサ３１３、吐出圧力センサ３１４が設けられている。また、室外熱交換器４０に出入りする冷媒の温度をそれぞれ検出する温度センサ３２１，３２２、外気温度を検出する外気温度センサ３２３、冷媒加熱器５０を出入りする冷媒の温度をそれぞれ検出する温度センサ３３１，３３２が設けられている。
【００３８】
室内機２側には、各室内熱交換器３０を出入りする冷媒の温度を検出する温度センサ３４１，３４２、室内熱交換器３０に吸入される室内空気の温度を検出する吸入空気温度センサ３４３、室内熱交換器３０から吹き出される室内空気の温度を検出する吹出空気温度センサ３４４が設けられている。
【００３９】
エンジン１５０は、圧縮機１０を駆動するものであり、負荷状態に応じて回転数を変更する。使用回転数範囲は、例えば１２００〜２４００ｒｐｍとされている。１２００ｒｐｍは、アイドリング回転数Ｎｉｄｌｅである。このエンジン１５０からの排熱は、内部を流通するエンジン冷却水に回収され、エンジン冷却水が冷却水回路１６０を流通することで、回収された排熱が外部に放熱され、あるいは冷媒加熱器５０内を流通する冷媒に回収される。
【００４０】
エンジン冷却水回路１６０には、エンジン１５０と冷媒加熱器５０との間を循環する加熱器側経路ＲＡと、エンジン１５０とラジエター１５１との間を循環するラジエター側経路ＲＢとの２つの経路が設けられている。この２つの経路ＲＡ，ＲＢへの切替は、三方弁９０の弁開度により調整されるようになっている。また、各経路ＲＡ，ＲＢへ流入させるエンジン冷却水の流量比についてもこの三方弁９０の弁開度により調整されるようになっている。
【００４１】
冷却水回路１６０には、エンジン１５０を流出したエンジン冷却水を上記の各経路ＲＡ，ＲＢ側に流通させることなくエンジン１５０に流入させるためのバイパス通路ＲＣが形成されており、このバイパス通路ＲＣと各経路ＲＡ，ＲＢ側との分岐点にはサーモ弁１７０が配されている。このサーモ弁１７０は、通過するエンジン冷却水の温度が所定温度よりも低いときには、バイパス通路ＲＣ側へエンジン冷却水を流すように弁体を開く。上記所定温度は、例えば、６５℃である。また、エンジン冷却水の温度が所定温度以上となっているときには、各経路ＲＡ，ＲＢ側へエンジン冷却水を流すように弁体を開く。また、バイパス通路ＲＣとエンジン１５０のエンジン冷却水流入側との間には、エンジン冷却水を循環させるための冷却水ポンプ１８０が配されている。
【００４２】
エンジン１５０には、デコンプレッション装置が設けられている。デコンプレッション装置には、その作動、非作動を切り替えるデコンプソレノイド１５２を備える。エンジン１５０には、燃料バルブ１５３が設けられている。このデコンプソレノイド１５２は、デコンプレッション装置によって、エンジン１５０のポンプ作用を無効化し、エンジン１５０を外部動力により回転させる際の動力消費を低減する。デコンプレッション装置としては、例えば、エンジン１５０の動弁機構を停止させるものや、エンジン１５０のシリンダ内圧力を開放するものが知られている。当該ソレノイド１５２がオンされたときには内部圧力が開放される一方、オフされているときには内部圧力が保持される。燃料バルブ１５３は、燃料噴射装置への燃料供給状態を切替えるものであり、この燃料バルブ１５３がオンされているときには燃料供給がなされ、オフされているときには燃料供給が遮断される。
【００４３】
また、エンジン１５０には、回転電機としての発電機１５４が設けられている。発電機１５４は、その回転軸がエンジン１５０のクランクに直結されており、エンジン１５０の回転に伴って発電する。発電電力は、レギュレータ等の電圧安定化回路を介してバッテリー等の蓄電装置に蓄電される。本実施形態の発電機１５４は、発電機能のほかに、圧縮機１０を駆動するための電動機としても機能する。このため、発電機１５４にはインバータ等の電源回路１５４Ａが設けられており、この電源回路１５４Ａからの電源供給によって運転されるようになっている。
【００４４】
リモコン２００は、使用者の操作入力によって運転モード、設定温度等を設定するものであり、設定項目に関する情報が制御装置２１０に送信されるようになっている。
【００４５】
制御手段としての制御装置２１０は、設定項目に関する情報、各種温度センサ及び圧力センサの検出信号に基づいて、運転モード及び駆動モードを決定する。そして、決定した運転モード及び駆動モードに応じて、四方弁２０、室内側減圧弁３２、膨張弁８０、三方弁９０、エンジン１５０、発電機１５４等の制御を行う。
【００４６】
本実施形態の構成は以上であり、続いてその動作について説明する。本実施形態では、決定された運転モードが冷房運転であるときには、制御装置２１０は、四方弁２０を切替制御して、圧縮機１０の冷媒吐出側と室外熱交換器４０とを接続するとともに、室内熱交換器３０と冷媒加熱器５０の冷媒流入側とを接続する。そして、室内側減圧弁３２の弁開度を負荷状態に応じて調整するとともに、膨張弁８０を全開状態とする。
【００４７】
従って、サイクル中の冷媒は、圧縮機１０、室外熱交換器４０、室内熱交換器３０、冷媒加熱器５０の順番で流通する。冷媒は、図１中の破線矢印の方向に流通する。冷媒は、室内熱交換器３０では、送風ファン３１により吹き付けられた室内空気を冷却する。また、冷房運転時には、冷媒にエンジン１３０の排熱を回収させる必要がないため、三方弁９０を制御して、エンジン冷却水をラジエター側経路ＲＢに流通させる。
【００４８】
暖房運転時には、制御装置２１０は、四方弁２０を切替制御して、圧縮機１０の冷媒吐出側と室内熱交換器３０とを接続するとともに、室外熱交換器４０と冷媒加熱器５０の冷媒流入側とを接続する。そして、膨張弁８０の弁開度を負荷状態に応じて調整するとともに、室内側減圧弁３２を全開状態とする。
【００４９】
従って、サイクル中の冷媒は、圧縮機１０、室内熱交換器３０、室外熱交換器４０、冷媒加熱器５０の順番で流通する。冷媒は、図１中の実線矢印の方向に流通する。冷媒は、室内熱交換器３０では、送風ファン３１により吹き付けられた室内空気を加熱する。また、暖房運転時には、エンジン７０の排熱を冷媒に回収させるために、三方弁９０を制御してエンジン冷却水を加熱器側経路ＲＡに流通させる。
【００５０】
制御装置２１０は、各運転モードにおいて冷凍サイクルの空調負荷に対応する圧縮機１０の要求回転数Ｎｃを決定し、決定された要求回転数Ｎｃに応じて駆動モードを切替える。以下、駆動モード切替制御について説明する。
【００５１】
「駆動モード決定処理」
図２のフローチャートに示すように、ステップＳ１００では、要求回転数Ｎｃがエンジン１５０のアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅよりも小さいか否かを判断する。要求回転数Ｎｃがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅよりも小さいときには（ステップＳ１００でＹｅｓ）、ステップＳ１１０に進んで駆動モードをモータ駆動モードに切替える。一方、要求回転数Ｎｃがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅよりも大きいときには（ステップＳ１００でＮｏ）、ステップＳ１２０に進んで駆動モードをエンジン駆動モードに切替える。
【００５２】
エンジン駆動モードに切替えられたとき、あるいはエンジン駆動モードに切替えられているときには、ステップＳ１３０にて各種センサからの情報に基づいてエンジン１５０の負荷状態を判断し、エンジン１５０が過負荷であると判断したときには（ステップ１３０でＹｅｓ）、ステップＳ１４０にてエンジン１５０とともに発電機１５４をも用いて圧縮機１０を駆動する併用駆動モードに切替える。また、エンジン１５０が過負荷でないと判断されたときには、（ステップＳ１３０でＮｏ）、エンジン駆動モードを維持する。
【００５３】
「モータ駆動モード」
モータ駆動モードでの処理を図３に示す。まず、ステップＳ２００では圧縮機１０の駆動源がエンジン１５０から発電機１５４に切替えられたか否かを判断する。切替の判断は、当該モータ駆動モードが選択されたときに、以下に示すステップＳ２１０〜Ｓ２５０の処理をし終えたか否かで判断することができる。
【００５４】
ここで、発電機１５４への切替が完了しているときには（ステップＳ２００でＹｅｓ）、ステップＳ２６０に進み、発電機回転数Ｎｇが要求回転数Ｎｃとなるように調速制御する。
【００５５】
一方、発電機１５４への切替がなされていないときには（ステップＳ２００でＮｏ）、ステップＳ２１０にて電源回路１５４Ａからの電源供給を開始し、ステップＳ２２０で発電機回転数Ｎｇがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅとなるように発電機１５４を調速制御する。
【００５６】
ステップＳ２３０では、発電機回転数Ｎｇがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅに到達したか否かを判断する。発電機回転数Ｎｇがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅに到達したときには（ステップＳ２３０でＹｅｓ）、ステップＳ２４０でデコンプソレノイド１５２をオンすることでエンジンシリンダ内の圧力を開放し、ステップＳ２５０で燃料バルブ１５３をオフしてエンジンへの燃料供給を停止する。この後、ステップＳ２６０に進み、空調負荷に合わせて発電機１５４を調速制御する、即ち、発電機回転数Ｎｇが要求回転数Ｎｃとなるように発電機１５４を調速制御する。
【００５７】
「エンジン駆動モード」
エンジン駆動モードでの処理を図４に示す。まず、ステップＳ３００では、圧縮機１０の駆動源が発電機１５４からエンジン１５０に切替えられたか否かを判断する。切替の判断は、当該エンジン駆動モードが選択されたときに、以下に示すステップＳ３１０〜Ｓ３５０の処理をし終えたか否かで判断することができる。
【００５８】
ここで、エンジン１５０への切替が完了しているときには（ステップＳ３００でＹｅｓ）、ステップＳ３６０に進み、エンジン回転数Ｎｅｇが要求回転数Ｎｃとなるようにエンジン１５０を調速制御する。
【００５９】
一方、エンジン１５０への切替が完了していないときには（ステップＳ３００でＮｏ）、ステップＳ３１０にて発電機回転数Ｎｇを３００ｒｐｍ以上に維持し、ステップＳ３２０で燃料バルブ１５３をオンするとともに、ステップＳ３３０でデコンプソレノイド１５２をオフする。
【００６０】
ステップＳ３４０では、エンジン回転数Ｎｅｇが７００ｒｐｍ以上となったか否かを判断する。この７００ｒｐｍは、エンジン１５０が自立回転可能な回転数として予め設定されている。７００ｒｐｍ以上であれば、エンジン１５０が始動したと判断し、ステップＳ３５０で電源回路１５４Ａからの駆動信号の供給を停止して電動機１５３による駆動を停止する。この後、ステップＳ３６０に進み、空調負荷に合わせてエンジン１５０を調速制御する、即ち、エンジン回転数Ｎｅｇが要求回転数Ｎｃとなるようにエンジン１５０を調速制御する。
【００６１】
「併用駆動モード」
エンジン駆動モードでの処理を図４に示す。まず、ステップＳ４００で発電機１５４を始動した後、ステップＳ４１０で空調負荷に合わせて発電機１５４を調速制御する。
【００６２】
以下、各駆動モードへの切替動作について説明する。
【００６３】
「要求回転数Ｎｃがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅを下回ったとき」
暖房時において、空調負荷及び室外気温が低いとき等、サイクルの空調負荷が低下することで要求回転数Ｎｃがエンジンアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅを下回ったときには、エンジン１５０の回転数をアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅにまで低下させてもサイクル能力が過多となるため、圧縮機１０をアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅ以下で駆動する必要がある。このような場合には、駆動モードがモータ駆動モードに切替えられる（ステップＳ１００でＹｅｓ、ステップＳ１１０）。
【００６４】
エンジン１５０から発電機１５４への切替は、はじめに、電源回路１５４Ａから発電機１５４に対して電源供給がなされて発電機１５４が作動し、その回転数Ｎｇがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅとなるように調速される（ステップＳ２１０、ステップＳ２２０）。発電機回転数Ｎｇがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅに調速された時には（ステップＳ２３０でＹｅｓ）、デコンプソレノイド１５２がオンされるとともに、燃料バルブ１５３がオフされることでエンジン１５０が停止する（ステップＳ２４０、ステップＳ２５０）。従って、発電機１５４は、エンジン１５０を回転させながら圧縮機１０を駆動する。
【００６５】
発電機１５４への駆動切替が完了した後、サイクルの空調負荷に応じて発電機回転数Ｎｇが調速される（ステップＳ２００、ステップＳ２６０）。
【００６６】
このように、圧縮機１０を駆動し続けたまま圧縮機１０の駆動源をエンジン１５０から発電機１５４に切替えることができ、冷凍サイクルを連続的に運転できる。また、発電機１５４が回転されている状態で始動されるため、始動トルクが低減され、始動時の突入電流を低減することもできる。さらには、デコンプソレノイド１５２をオンすることで、エンジンのクランキングトルクが低減されることで、発電機１５４の負荷が低減され、その消費電力を低減することができる。
【００６７】
「要求回転数Ｎｃがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅを上回ったとき」
サイクルの空調負荷が増加して要求回転数Ｎｃがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅを上回ったときには、エンジン１５０の使用回転数範囲内で圧縮機１０を駆動することができるため、駆動モードがエンジン駆動モードに切替えられる（ステップＳ１００でＮｏ、ステップＳ１２０）。
【００６８】
発電機１５４からエンジン１５０への切替は、はじめに、発電機回転数Ｎｇがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅとなるように発電機１５４が調速され（ステップＳ３１０）、発電機１５４が調速された後に、燃料バルブ１５３がオンされるとともにデコンプソレノイド１５２がオフされてエンジン１５０が始動される（ステップＳ３１０、Ｓ３２０、Ｓ３３０）。
【００６９】
そして、エンジン回転数Ｎｇが、エンジン１５０が７００ｒｐｍ以上となったときには（ステップＳ３４０でＹｅｓ）、発電機１５４の駆動を停止する（ステップＳ３５０）。従って、発電機１５４はエンジン１５０を始動するためのスタータとして機能している。
【００７０】
エンジン１５０への駆動切替の完了後、サイクルの空調負荷に応じてエンジン回転数Ｎｅｇが調整される（ステップＳ３００、ステップＳ３６０）。
【００７１】
このように、圧縮機１０を駆動し続けたまま圧縮機１０の駆動源を発電機１５４からエンジン１５０に切替えることができ、冷凍サイクルを連続的に運転できる。また、エンジン１５０を始動する際には、発電機１５４がスタータとして機能するため、エンジン１５０の始動用スタータを使用する必要がなく、スタータの疲労を低減することができる。
【００７２】
「エンジン過負荷時」
冷房時において、空調負荷及び室外気温が高いとき等、エンジン１５０が過負荷であると判断されたときには、発電機１５４をも圧縮機１０の駆動に用いる併用駆動モードに切替えられる（ステップＳ１３０でＹｅｓ、ステップＳ１４０）。
【００７３】
当該モードに切替えられたときには、エンジン１５０は既に作動しているので、発電機１５４を始動して圧縮機１０の駆動トルクを増加させる。
【００７４】
エンジンが過負荷となっているときには、黒煙排気が発生することがあり、さらには、エンジンが負荷に耐えられずに停止することもあるが、このように発電機１５４により圧縮機１０の駆動を補助することで、上記の不具合を解消しつつ、必要な空調能力を発揮することができる。
【００７５】
以上、本実施形態によれば、要求回転数Ｎｃがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅを下回ることでエンジン１５０による圧縮機１０の駆動では空調能力が過多となるときには、モータ駆動モードに切替えて電動機１５３により圧縮機１０を駆動する一方、要求回転数Ｎｃがアイドリング回転数Ｎｉｄｌｅを上回ったときには、エンジン駆動モードに切替えてエンジン１５０で圧縮機１０を駆動することで、必要な空調能力に対応した回転数で圧縮機１０を駆動することができる。
【００７６】
このように、圧縮機１０を要求回転数Ｎｃ回に応じた回転数で駆動し続けることができるため、冷凍サイクルを継続的に動作させて空調感覚を向上させることができる。
【００７７】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００７８】
上記実施形態では、発電機１５４を圧縮機１０を駆動するための駆動源として用いた構成を示したが、例えば、圧縮機１０を駆動するための専用の電動機を備えた構成であっても良い。
【００７９】
上記実施形態では、モータ駆動モード切替時において、発電機１５４を始動した後にエンジン１５０の駆動を停止させるようにしていたが、例えば、発電機１５４の始動をエンジン駆動停止と同時あるいは、停止後としてもよい。
【００８０】
上記実施形態では、エンジン駆動モード切替時において、エンジン１５０を始動した後に発電機１５４の駆動を停止させるようにしていたが、例えば、エンジン１５０の始動を発電機１５４の駆動停止と同時あるいは、停止後としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本実施形態に係るヒートポンプサイクル装置の全体構成を示した概念図である。
【図２】駆動モード決定処理の内容を示したフローチャートである。
【図３】モータ駆動モードの処理内容を示したフローチャートである。
【図４】エンジン駆動モードの内容を示したフローチャートである。
【図５】併用駆動モードの内容を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００８２】
１０…圧縮機
１５０…エンジン
１５２…デコンプソレノイド（デコンプレッション装置）
１５３…発電機（電動機）
２１０…制御装置（制御手段）
Ｎｃ…要求回転数
Ｎｅｇ…エンジン回転数
Ｎｇ…発電機回転数
Ｎｉｄｌｅ…アイドリング回転数
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍サイクルを構成する圧縮機をエンジンと回転電機とで駆動するための圧縮機駆動装置であって、
前記冷凍サイクルの負荷に対応する前記圧縮機の要求回転数に応じて駆動モードを決定する制御手段を備え、
前記制御手段は、
前記要求回転数が前記エンジンのアイドリング回転数を下回ったときには、前記回転電機のみで圧縮機を駆動するモータ駆動モードに切替える一方、
前記要求回転数が前記エンジンのアイドリング回転数を上回ったときには、前記エンジンのみで圧縮機を駆動するエンジン駆動モードに切替えることを特徴とする圧縮機駆動装置。
【請求項２】
前記モータ駆動モードに切替えられたときには、前記回転電機を始動した後にエンジンを停止することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機駆動装置。
【請求項３】
前記回転電機の始動後、前記回転電機の回転数を前記アイドリング回転数に調速した後に前記エンジンを停止させることを特徴とする請求項２に記載の圧縮機駆動装置。
【請求項４】
前記エンジン駆動モードに切替えられたときには、前記エンジンを始動した後に前記回転電機を停止させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧縮機駆動装置。
【請求項５】
前記エンジンの始動後、エンジン回転数が自立回転可能な回転数以上となったときに前記回転電機を停止させることを特徴とする請求項４に記載の圧縮機駆動装置。
【請求項６】
前記回転電機は前記エンジンに直結された発電機で構成されており、
前記エンジンにはデコンプレッション装置を備えており、
前記モータ駆動モードに切替えられたときには、前記デコンプレッション装置を作動することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の圧縮機駆動装置。
【請求項７】
前記回転電機は前記エンジンに直結された発電機で構成されており、
前記エンジンにはデコンプレッション装置を備えており、
前記エンジン駆動モードに切替えられたときには、前記デコンプレッション装置の作動を停止することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の圧縮機駆動装置。
【請求項８】
前記制御手段は、
前記エンジン駆動モードにおいて、前記エンジンが過負荷であると判断したときには、前記エンジンと前記回転電機とで前記圧縮機を駆動する併用駆動モードに切替えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の圧縮機駆動装置。
【請求項１】
冷凍サイクルを構成する圧縮機をエンジンと回転電機とで駆動するための圧縮機駆動装置であって、
前記冷凍サイクルの負荷に対応する前記圧縮機の要求回転数に応じて駆動モードを決定する制御手段を備え、
前記制御手段は、
前記要求回転数が前記エンジンのアイドリング回転数を下回ったときには、前記回転電機のみで圧縮機を駆動するモータ駆動モードに切替える一方、
前記要求回転数が前記エンジンのアイドリング回転数を上回ったときには、前記エンジンのみで圧縮機を駆動するエンジン駆動モードに切替えることを特徴とする圧縮機駆動装置。
【請求項２】
前記モータ駆動モードに切替えられたときには、前記回転電機を始動した後にエンジンを停止することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機駆動装置。
【請求項３】
前記回転電機の始動後、前記回転電機の回転数を前記アイドリング回転数に調速した後に前記エンジンを停止させることを特徴とする請求項２に記載の圧縮機駆動装置。
【請求項４】
前記エンジン駆動モードに切替えられたときには、前記エンジンを始動した後に前記回転電機を停止させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧縮機駆動装置。
【請求項５】
前記エンジンの始動後、エンジン回転数が自立回転可能な回転数以上となったときに前記回転電機を停止させることを特徴とする請求項４に記載の圧縮機駆動装置。
【請求項６】
前記回転電機は前記エンジンに直結された発電機で構成されており、
前記エンジンにはデコンプレッション装置を備えており、
前記モータ駆動モードに切替えられたときには、前記デコンプレッション装置を作動することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の圧縮機駆動装置。
【請求項７】
前記回転電機は前記エンジンに直結された発電機で構成されており、
前記エンジンにはデコンプレッション装置を備えており、
前記エンジン駆動モードに切替えられたときには、前記デコンプレッション装置の作動を停止することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の圧縮機駆動装置。
【請求項８】
前記制御手段は、
前記エンジン駆動モードにおいて、前記エンジンが過負荷であると判断したときには、前記エンジンと前記回転電機とで前記圧縮機を駆動する併用駆動モードに切替えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の圧縮機駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１５１０１６（Ｐ２００８−１５１０１６Ａ）
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３９２２０（Ｐ２００６−３３９２２０）
【出願日】平成１８年１２月１５日（２００６．１２．１５）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１５日（２００６．１２．１５）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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