JP2008121572A - Engine start device and engine start method for cogeneration system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力エネルギと熱エネルギとを出力するコジェネレーションシステムであって、始動時に電動発電機から回転トルクを得てクランキングを開始するコジェネレーションシステムのエンジン始動方法及びエンジン始動装置に関する。 The present invention relates to a cogeneration system that outputs electric power energy and thermal energy, and relates to an engine starting method and an engine starting device of a cogeneration system that starts cranking by obtaining rotational torque from a motor generator at the time of starting.
コジェネレーションシステムは、エンジンの駆動力を電動発電機にて電力に変換することにより発電を行うとともに、その発電で発生する排熱を回収して熱エネルギとして有効に利用するシステムである。このコジェネレーションシステムは、エネルギの有効利用の点から近年注目されている。 The cogeneration system is a system that generates power by converting the driving force of an engine into electric power by a motor generator, and recovers exhaust heat generated by the power generation and effectively uses it as thermal energy. This cogeneration system has attracted attention in recent years from the viewpoint of effective use of energy.
エンジンを始動させるときには、燃焼室内の気体が圧縮されるため、エンジン始動装置として機能する電動発電機には高負荷がかかる。このため、始動時に多大な電力が消耗されてしまう。この欠点を解消するため、従来、始動時にエンジンの燃焼室内をデコンプ(減圧)状態にすることが行われていた。 When starting the engine, since the gas in the combustion chamber is compressed, a high load is applied to the motor generator functioning as the engine starting device. For this reason, a great amount of power is consumed at the time of starting. In order to eliminate this drawback, conventionally, the combustion chamber of the engine has been decompressed (decompressed) at the time of starting.
デコンプに関する技術として、例えば、特許文献1には、デコンプスイッチの作動により、モータを右回転させ、ピニオン、デコンプギヤ及びデコンプシャフトを介して、ロッカーアームを回転させる。これにより、吸気弁・排気弁の開閉タイミングを可変させて、燃焼室内をデコンプ状態にする。始動後エンジン回転数が上昇したときにはデコンプ状態を解除して通常運転に戻す必要がある。この場合、電動発電機から発電した電流をデコンプスイッチに流して、デコンプスイッチを始動時と反対側に作動させる。この場合、直流モータは逆転し、ロッカーアームが逆回転して正常運転時の作動に戻る。
As a technique related to decompression, for example, in
また、特許文献2では、ロッカーアームのカム軸に、鎌形重錘を揺動自在に取り付けている。この鎌形重錘は、エンジンの回転数が所定回転数に到達したときに遠心力によって揺動して、デコンプ状態を自動的に解除してコンプ状態とする。
しかしながら、上記特許文献1では、燃焼室内をデコンプ状態にするにあたって、直流モータ、デコンプギヤ及びデコンプシャフトといったデコンプ専用のメカニカルデコンプ装置が必要となる。また、特許文献2も、デコンプ状態からコンプ状態に切り換えるために鎌形重錘を設けている。このため、特許文献1,2では、本来のエンジン機構に、別個のメカニカルデコンプ装置を追加することになり、コストアップにつながる。
However, in
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、メカニカルデコンプ装置を追加することなく燃焼室内を減圧して、円滑にエンジンを始動させることができるコジェネレーションシステムのエンジン始動方法及びエンジン始動装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an engine start method and an engine start device for a cogeneration system that can smoothly start the engine by reducing the pressure in the combustion chamber without adding a mechanical decompression device. It is something to be offered.
上記課題を解決する第一の手段は、燃焼室を有するエンジンと、燃焼室内に空気及び燃料を含む混合気体を供給する吸気通路と、吸気通路に開閉可能に設けられ混合気体の燃焼室内への供給量を調整するスロットル弁と、燃焼室内の混合気体に点火する点火装置と、始動時にエンジンに回転トルクを供給するとともに通常運転時にはエンジンにより回転駆動されることにより電力を発生させる電動発電機とを備えるコジェネレーションシステムのエンジン始動方法において、電動発電機からエンジンへ回転トルクの供給を開始する際に、スロットル弁により吸気通路を全閉とすることを特徴とする。 A first means for solving the above problems includes an engine having a combustion chamber, an intake passage for supplying a mixed gas containing air and fuel into the combustion chamber, and an openable and closable opening in the intake passage. A throttle valve that adjusts the supply amount, an ignition device that ignites the gas mixture in the combustion chamber, a motor generator that supplies rotational torque to the engine at the start and generates electric power by being rotated by the engine during normal operation; In the engine starting method of the cogeneration system comprising: when starting the supply of rotational torque from the motor generator to the engine, the intake passage is fully closed by the throttle valve.
第一の手段は、電動発電機からエンジンへ回転トルクの供給を開始する際にスロットル弁により吸気通路を全閉にしている。このため、空気の供給を絶つことができ、エンジンの燃焼室内をデコンプ(減圧)状態とすることができる。したがって、小さい回転トルクでエンジンの回転を開始させることができる。 In the first means, the intake passage is fully closed by the throttle valve when the supply of rotational torque from the motor generator to the engine is started. For this reason, the supply of air can be cut off, and the combustion chamber of the engine can be in a decompressed (decompressed) state. Therefore, the rotation of the engine can be started with a small rotational torque.
また、スロットル弁により吸気通路を閉じているため、吸気通路がわずかに開いているのとは異なり、燃焼室への空気の供給は絶たれる。このため、吸気行程の際に吸気通路からは混合気体が全く吸引されず、真空状態に近い真空疑似状態までデコンプされる。ゆえに、次の圧縮行程の際に、真空疑似状態による吸引力も加わって、エンジンは非常に小さいトルクで回転を開始できる。 Further, since the intake passage is closed by the throttle valve, the supply of air to the combustion chamber is cut off, unlike the case where the intake passage is slightly opened. For this reason, the mixed gas is not sucked from the intake passage at the time of the intake stroke, and is decompressed to a vacuum pseudo state close to a vacuum state. Therefore, at the time of the next compression stroke, the suction force due to the vacuum pseudo state is also applied, and the engine can start rotating with a very small torque.
第二の手段は、電動発電機からエンジンへ回転トルクの供給を開始した後であって、エンジンが燃焼室内の混合気体に着火させることが可能な回転数に到達したときに、点火装置にて燃焼室内の混合気体に点火する。エンジンが着火可能な回転数に到達したときに燃焼室内の混合気体に点火すると、混合気体は着火により燃焼してエンジンは回転駆動を開始する。このため、エンジンにより回転駆動力を発生させることができる。ここで、燃焼室内の混合気体に着火させることが可能な回転数とは、混合気体に点火装置で点火したときに失火することなく、着火して燃焼を開始し得るエンジン回転数をいう。 The second means is that after starting the supply of rotational torque from the motor generator to the engine, when the engine reaches a rotational speed at which the mixed gas in the combustion chamber can be ignited, the ignition device Ignit the gas mixture in the combustion chamber. When the mixed gas in the combustion chamber is ignited when the number of revolutions at which the engine can be ignited is reached, the mixed gas is combusted by ignition and the engine starts to rotate. For this reason, a rotational driving force can be generated by the engine. Here, the rotational speed at which the mixed gas in the combustion chamber can be ignited refers to the engine rotational speed at which the mixed gas can be ignited and started to burn without being misfired when ignited by the ignition device.
第三の手段は、エンジンが混合気体の燃焼により自力で回転駆動することができる回転数に到達したときに、電動発電機からエンジンへの回転トルクの供給を停止する。エンジンが混合気体の燃焼により自力で回転駆動することができる回転数に到達したときは、電動発電機から回転トルクの供給がなくてもエンジン単独で回転駆動できる。このため、かかる回転数に到達したときに電動発電機からの回転トルクの供給を停止することにより、電動発電機がエンジンから受けた回転駆動力の全体を電力として外部に出力できる。ここで、自力で回転駆動するとは、電動発電機からの回転トルクの供給がなくてもエンジン単独で回転駆動することをいう。 The third means stops the supply of rotational torque from the motor generator to the engine when the engine reaches a rotational speed at which the engine can be rotationally driven by combustion of the mixed gas. When the engine reaches a rotational speed at which it can be rotationally driven by combustion of the mixed gas, it can be rotationally driven by the engine alone without the supply of rotational torque from the motor generator. For this reason, when the rotation speed is reached, the supply of the rotational torque from the motor generator is stopped, whereby the entire rotational driving force received by the motor generator from the engine can be output to the outside as electric power. Here, the term “rotation drive by itself” means that the engine alone is driven to rotate without supply of rotation torque from the motor generator.
第四の手段は、燃焼室を有するエンジンと、燃焼室内に空気及び燃料を含む混合気体を供給する吸気通路と、吸気通路に開閉可能に設けられ混合気体を燃焼室内への供給量を調整するスロットル弁と、燃焼室内の混合気体に点火する点火装置と、始動時にエンジンに回転トルクを供給するとともに通常運転時にはエンジンにより回転駆動されることにより電力を発生させる電動発電機と、を備えるコジェネレーションシステムのエンジン始動装置において、スロットル弁は、電動発電機からエンジンへ回転トルクの供給を開始する際に、吸気通路を全閉とするように設定されている。 The fourth means is an engine having a combustion chamber, an intake passage for supplying a mixed gas containing air and fuel into the combustion chamber, and an openable / closable opening in the intake passage to adjust the supply amount of the mixed gas into the combustion chamber. A cogeneration system comprising: a throttle valve; an ignition device that ignites a gas mixture in the combustion chamber; and a motor generator that supplies rotational torque to the engine at the start and generates electric power by being rotated by the engine during normal operation In the engine starter of the system, the throttle valve is set so that the intake passage is fully closed when the supply of rotational torque from the motor generator to the engine is started.
第四の手段は、電動発電機からエンジンへ回転トルクの供給を開始する際に、スロットル弁により吸気通路を全閉にしている。このため、空気及び燃料を含む混合気体の供給を絶つことができ、エンジンの燃焼室内をデコンプ状態とすることができる。したがって、小さい回転トルクでエンジンの回転を開始することができる。 The fourth means fully closes the intake passage by the throttle valve when starting the supply of rotational torque from the motor generator to the engine. For this reason, the supply of the mixed gas containing air and fuel can be cut off, and the combustion chamber of the engine can be in a decompressed state. Therefore, the rotation of the engine can be started with a small rotational torque.
本発明のコジェネレーションシステムのエンエジン始動方法及びエンジン始動装置によれば、電動発電機からエンジンへ回転トルクの供給を開始する際にスロットル弁により吸気通路を全閉にしている。このため、空気及び燃料を含む混合気体の供給を絶つことができ、エンジンの燃焼室内をデコンプ状態とすることができる。したがって、小さい回転トルクでエンジンの回転を開始することができる。 According to the engine starting method and the engine starting device of the cogeneration system of the present invention, the intake passage is fully closed by the throttle valve when starting the supply of rotational torque from the motor generator to the engine. For this reason, the supply of the mixed gas containing air and fuel can be cut off, and the combustion chamber of the engine can be in a decompressed state. Therefore, the rotation of the engine can be started with a small rotational torque.
このように、従来から用いられていたスロットル弁の開度を始動時に全閉とすることにより、燃焼室内をデコンプ状態とすることができる。このため、新たにメカニカルデコンプ装置を追加する必要がなく、コストアップを抑制できる。 Thus, the combustion chamber can be brought into a decompressed state by fully closing the opening of the throttle valve, which has been conventionally used, at the time of starting. For this reason, it is not necessary to newly add a mechanical decompression device, and an increase in cost can be suppressed.
以上のように、本発明によれば、メカニカルデコンプ装置を追加することなく燃焼室内を減圧して、円滑にエンジンを始動させることができるコジェネレーションシステムのエンジン始動方法及びエンジン始動装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an engine starting method and an engine starting device for a cogeneration system that can smoothly start an engine by reducing the pressure in a combustion chamber without adding a mechanical decompression device. Can do.
以下、本発明の実施形態について図1〜図3を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に示すように、本例のコジェネレーションシステムのエンジン始動装置1は、燃焼室20を有するエンジン2と、燃焼室20内に空気及び燃料を含む混合気体を供給する吸気通路3と、吸気通路3に開閉可能に設けられ混合気体の燃焼室20内への供給量を調整するスロットル弁31と、燃焼室20内の混合気体に点火する点火装置4と、始動時にエンジン2に回転トルクを供給するとともに通常運転時にはエンジン2により回転駆動されることにより電力を発生させる電動発電機5とを備える。スロットル弁31は、電動発電機5からエンジン2へ回転トルクの供給を開始する際に、吸気通路3を全閉とするように設定されている。
As shown in FIG. 1, the
コジェネレーションシステムは、エンジン始動装置1のほかに、排気通路6及び熱出力用の排熱回収部7をもつ。
In addition to the
電動発電機5は、エンジン2に連結されており、家庭内の商用電力系統59と接続されている。エンジン始動時には、電動発電機5は、商用電力系統59から電力を受けて、エンジン2に回転トルクを供給する。通常運転時には、電動発電機5は、エンジン2から回転駆動力を受けて、その回転駆動力を電力に変換し、その電力を商用電力系統59に出力する。なお、電動発電機5で発電される電力は3相交流であるため、インバータ58で一旦直流に変換し更に単相交流に変換して、商用電力系統59に出力される。
The
エンジン2は、始動時には電動発電機5より回転トルクの供給を受けることにより回転し始め、通常運転時には吸気通路3から供給された燃料及び空気を含む混合気体の燃焼により回転駆動する。エンジン2は、本体部21と、本体部21の内部に形成された筒状の燃焼室20と、燃焼室20内を軸方向に上下動するピストン22と、電動発電機5に連結されたクランクシャフト24と、ピストン22とクランクシャフト24とを連結しピストン22の上下往復運動を回転運動に変換してクランクシャフト24に伝達するコネクティングロッド23とをもつ。燃焼室20の上部には、吸気通路3と接続する吸気ポート203と、排気通路6と接続する排気ポート206とが開口しており、また、点火装置4を構成する点火プラグ41が装着されている。吸気ポート203、排気ポート206には、それぞれ吸気弁204、排気弁207が開閉可能に設けられている。吸気弁204及び排気弁207は、エンジン2のクランクシャフト24に連結されており、クランクシャフト24の回転と同期して開閉を行う。エンジン2は4サイクルガスエンジンで、吸気、圧縮、燃焼、掃気の各行程において、従来と同様に吸気弁204、排気弁207が開閉する。また、エンジン2には、冷却水が流れてエンジンを冷却するウォータジャケット27が設けられている。
The
吸気通路3は、エンジン2の燃焼室20に空気と燃料を含む混合気体を供給する通路である。吸気通路3は、空気を供給する空気通路32と、燃料を供給する燃料通路34と、空気通路32と燃料通路34とを合流させて空気と燃料との混合気体が流通する混合気体通路30とをもつ。混合気体通路30には、混合気体を燃焼室20に供給する量を調整するスロットル弁31が設けられている。
The intake passage 3 is a passage for supplying a mixed gas containing air and fuel to the
スロットル弁31は、混合気体通路30内に開閉可能に設けられた弁体であり、制御部811から受けた電気信号により作動するステッピングモータである。スロットル弁31は、エンジン停止時にはわずかに開いた状態にあり、エンジン始動が指示されると、モータの回転によりスロットル弁をわずかに開いた状態から全閉状態になるように設定されている。スロットル弁31の開閉は、後述の制御部811により各行程で所望の開度になるように制御されている。
The throttle valve 31 is a valve body provided in the mixed gas passage 30 so as to be openable and closable, and is a stepping motor that is operated by an electric signal received from the
空気通路32には、空気に含まれる埃などを除去するエアクリーナ33が設けられている。燃料通路34の上流側は、燃料ガスを供給する燃料供給源35と接続されている。燃料通路34の途中には、上流側から順に、ガス電磁弁361,362、ガバナ37、バッファタンク38、燃料弁39が設けられている。ガス電磁弁361,362は、燃料供給源35からの燃料の供給の開始、停止を行う。ガバナ37は、圧力調整弁であり、燃料ガスの圧力が大気圧になるように、燃料の供給量を調整する。バッファタンク38には、燃料の一部が貯留されており、始動時の燃料通路34内の波動をタンク内の燃料に吸収させて抑制する。燃料弁39は、制御部811からの電気信号により作動するステッピングモータにより開閉量が調整される。燃料弁39は、空気通路32との合流点320の近傍に設けられており、使用する燃料の種類に応じて燃焼に最適な濃度になるように空気との混合比を調整する。
The
燃料は、都市ガス、プロパンガスなどの燃料ガスを用いる。 A fuel gas such as city gas or propane gas is used as the fuel.
点火装置4は燃焼室20の上部に設けられた点火プラグ41と、点火プラグ41から火花が生じるように供給電力を高電圧に変換するイグナイタ42とをもつ。
The
排気通路6は、燃焼室20の排気ポート206から排出された排ガスが通過する。排気通路6は、上流側から順に、ガス熱交換器611と、排気サイレンサ612と、ドレントラッパ613とが設けられている。ガス熱交換器611は、排気通路6を通過する排ガスの熱を、冷却水通路73を流れる冷却水に熱交換する。排気サイレンサ612は、排ガスの圧力と温度を外気の状態近くまで徐々に下げて、排気騒音を低減させる。ドレントラッパ613は、排ガスに含まれている液体を回収する。ガス熱交換器611と排気サイレンサ612とドレントラッパ613には、ドレン通路62が接続されていて、排ガスから生成したドレンを回収する。ドレン通路62には、ドレンを中和させる中和器621が設けられている。回収されたドレンは中和器621で中和されて外部に排出される。
Exhaust gas discharged from the
排熱回収部7は、燃焼室冷却用の冷却水が流れる冷却水通路73と、冷却水との熱交換により温められた湯水が流れる湯水通路74とをもつ。
The exhaust heat recovery unit 7 includes a cooling water passage 73 through which cooling water for cooling the combustion chamber flows, and a
冷却水通路73は、冷却水を循環させるポンプ731と、冷却水通路73を流れる冷却水と湯水通路74を流れる湯水との間で熱交換を行う水熱交換器732とをもつ。ポンプ731は、冷却水を、エンジン2のウォータジャケット27、ガス熱交換器611及び水熱交換器732を循環させる。また、冷却水通路73は、余剰水通路734と接続している。余剰水通路734は、運転中に冷却水が膨張してあふれた分を貯留するリザーブタンク735と、冷却水の水圧を調整するラジエータキャップ736とをもつ。
The cooling water passage 73 includes a
冷却水通路73におけるエンジン2への入口近傍及びガス熱交換器611の出口近傍には、それぞれサーミスタ730,733が装着されている。サーミスタ730,733は、冷却水の温度を検知し、その検知信号をポンプ731に送る。ポンプ731は、サーミスタ730,733から検知信号を受けて、冷却水が所定温度範囲になるように冷却水の流速度を調整する。このようにして、サーミスタ730,733及びポンプ731は、冷却水が所定温度範囲になるように調整している。
また、冷却水通路73は、水熱交換器732を設けている熱交換通路737と、水熱交換器732を設けていない迂回通路738とをもつ。熱交換通路737と迂回通路738との分岐点にはサーモバルブ739が設けられている。サーモバルブ739は、エンジン始動時の冷却水が低温のときには、熱交換通路737を閉弁し迂回通路738を開弁する。この場合、冷却水が熱交換通路737を通過することなく迂回通路738を通過する。これにより、水熱交換器732による冷却水の温度降下を防止し、早期にエンジン2が暖機される。そして、エンジン駆動により冷却水が温度上昇し所定温度以上に到達したとき(通常運転時)には、サーモバルブ739は、熱交換通路737を開弁し迂回通路738を閉弁する。この場合、冷却水が熱交換通路737を通過する。これにより、エンジン2で発生した排熱が、冷却水通路73及び水熱交換器732を介して湯水通路74に出力される。
The cooling water passage 73 has a
湯水通路74は、温水が流れる通路であり、温水を搬送するポンプ741と、搬送された温水を貯留する貯湯タンク742とが設けられている。湯水通路74を流れる湯水は、一般に、冷却水通路73を流れる冷却水よりも温度が低い。このため、湯水通路74を流れる湯水は、水熱交換器732を通過するときに、冷却水との熱交換により熱を受ける。また、湯水通路74は、貯湯タンク742を設けているタンク通路743と、貯湯タンク742を設けていない迂回通路744とをもつ。タンク通路743と迂回通路744との分岐点には三方切替バルブ745が設けられている。三方切替バルブ745は、エンジン始動時の湯水が低温の場合に迂回通路744に湯水を流して貯湯タンク742に低温の水が流入することを停止し、所定温度以上に高温になったときにタンク通路743に湯水を流入させるように切り替わる。
The
したがって、エンジン正常運転時にポンプ731、741が駆動すると、エンジンの排熱は、冷却水通路73及び湯水通路74を介して、貯湯タンク742に温水として回収される。貯湯タンク742に貯留された湯水は、風呂、台所などで利用される。
Therefore, when the
コジェネレーションシステムは、エンジン始動装置1、排気通路6及び冷却水通路73を収容したエンジンユニット81と、貯湯タンク742を収容した貯湯ユニット82とに分かれている。エンジンユニット81と貯湯ユニット82とは、排熱回収部7の湯水通路74により接続されている。
The cogeneration system is divided into an
エンジンユニット81及び貯湯ユニット82は、それぞれ制御部811,821を搭載している。制御部811,821は、遠隔に設置されている風呂リモコン83、台所リモコン84のいずれかの操作により指示を受ける。制御部811は、電子制御回路であり、エンジンユニット81の中のエンジン回転数を検出するセンサ、電動発電機回転数を検出するセンサ及びサーミスタ731,733から検出信号を受け、これらの検出信号に基づいて、電動発電機5,点火装置4,燃料弁39,ガス電磁弁361,362、スロットル弁31、ポンプ731,741をはじめとするエンジンユニット81内の各種装置を制御する制御信号を作成し、作成された制御信号を前記各種装置に送信する。また、制御部821は、電子制御回路であり、貯湯ユニット82の中の湯水通路74及び貯湯タンクの温度を検出する温度センサより検出信号を受け、この検出信号に基づいて貯湯ユニット82の中の三方切替バルブ745及びポンプ741をはじめとする貯湯ユニット82内の各種装置を制御する制御信号を作成し、作成された制御信号を前記各種装置に送信する。
The
また、本例のコジェネレーションシステムは、図示しない自立発電ユニットが装着されている。自立発電ユニットは、停電時に、始動に要される電力を非常用バッテリでまかなうことでエンジンを始動させる。 The cogeneration system of this example is equipped with a self-supporting power generation unit (not shown). In the event of a power failure, the self-sustaining power generation unit starts the engine by supplying power required for starting with an emergency battery.
次に、図1,図2を用いて、本例のコジェネレーションシステムのエンジン始動方法について説明する。 Next, the engine starting method of the cogeneration system of this example will be described with reference to FIGS.
(t1:運転指示)
風呂リモコン83または台所リモコン84でコジェネレーションシステムの作動開始を指示する。すると、制御部811の指示により、吸気通路3に設けられたスロットル弁31が全閉になり、混合気体の燃焼室20への供給が絶たれる。また、燃料通路34に設けられた燃料弁39が開弁する。これにより、スロットル弁39の開弁に備えて即座に燃料が燃焼室20に供給されるように待機状態となる。このときのエンジン2のピストン22は、下死点、上死点、または下死点と上死点の中間点のいずれに位置していてもよいが、負荷軽減のため上死点付近に位置していることが好ましい。吸気弁及び排気弁はともに閉弁している。
(T1: Driving instruction)
The bath
(t2:クランキング開始)
燃料弁39の待機状態が整った段階で、電動発電機5は、エンジン2へ回転トルクの供給(クランキング)を開始する。このとき、スロットル弁3はまだ全閉状態である。クランキングが開始すると、エンジン2は電動発電機5より受けた回転トルクにより回転を開始する。供給する回転トルクは、徐々に増加させる。やがて、回転可能な回転トルクに到達すると、エンジン2のクランクシャフト24が電動発電機5により回転され始める。この回転に合わせて吸気弁204と排気弁207の開閉及びピストン22の上下動が開始される。
(T2: Start cranking)
When the standby state of the
吸気弁204と排気弁207の開閉、ピストン22の上下動の作動タイミングは、通常運転時の吸気、圧縮、燃焼、排気と同じ作動タイミングであり、1)吸気弁開、排気弁閉、ピストン下降、2)吸気弁閉、排気弁閉、ピストン上昇、3)吸気弁閉、排気弁閉、ピストン下降、4)吸気弁閉、排気弁開、ピストン上昇の行程を繰り返す。この1)〜4)の行程が行われる中で1)の吸気弁204が開いたときに、スロットル弁31は全閉状態のため、吸気ポート203から燃焼室20へ混合気体は供給されない。このため、ピストン22の下降によって燃焼室20内は真空に近い状態までデコンプされる。そして、次の2)の行程では、デコンプ状態の燃焼室20内をピストン22が上昇することになる。このため、ピストン22は燃焼室20内のデコンプ状態にある希薄な気体から殆ど圧縮抵抗を受けることなく、低い供給トルクによって燃焼室20内を上昇することができる。
The operation timing of opening and closing of the
(t3:点火開始)
電動発電機5から供給された回転トルクによりエンジン2が回転し始めた後に、エンジン2が所定の回転数a(本例では1000rpm)に到達したことを確認する。この所定の回転数aは、エンジン2が燃焼により回転トルクを発生させることが可能な回転数に到達したときである。この所定の回転数aに到達したときに、点火装置4により燃焼室20内の気体に点火を開始する。点火の作動タイミングは、前記3)の行程である。点火を開始した後は、次の燃料供給開始行程までエンジンの回転数は、前記所定の回転数に到達したところで維持させる。これは、エンジン2の回転が円滑な回転となるまで待つためである。
(T3: ignition start)
After the
(t4:燃料供給開始)
点火開始後、ガス電磁弁361,362を開くとともに、スロットル弁31を全閉状態から徐々に開く。これにより、燃料と空気を含む混合気体が吸気ポート203を介して燃焼室20に吸入される。燃焼室20では既に点火プラグ41により点火が行われているため、燃焼室20内に吸入されてきた混合気体は着火し燃焼する。燃焼によってピストン22が、電動発電機5からの供給トルクの助けを借りながら自身で駆動し始める。
(T4: Start fuel supply)
After starting ignition, the
ここで、本例では、点火開始後所定時間経過後にスロットル弁を開いて混合気体を燃焼室内に供給している。これは、未燃燃料抑制のためである。始動時の電力消費抑制の観点からは、クランキングが開始された後であれば、いつでもスロットル弁を開いて混合気体を燃焼室に供給してもよく、点火開始と同時でもよく、点火開始前でもよい。 Here, in this example, the throttle valve is opened after a predetermined time has elapsed after the ignition is started, and the mixed gas is supplied into the combustion chamber. This is for suppressing unburned fuel. From the viewpoint of suppressing power consumption at start-up, as long as cranking is started, the throttle valve may be opened at any time to supply the mixed gas to the combustion chamber, or at the same time as the start of ignition. But you can.
スロットル弁を開く速度であるが、本例では10秒間に全開の20%程度、即ち1秒間に2%開くようにしている。この開弁速度は、0.5〜6%/sであることが好ましい。これにより、未燃燃料を抑制しながらすばやく着火させることができる。 The opening speed of the throttle valve is about 20% of the full opening in 10 seconds, that is, 2% in 1 second in this example. The valve opening speed is preferably 0.5 to 6% / s. Thereby, it can ignite quickly, suppressing unburned fuel.
(t5:エンジン始動開始)
燃料供給が開始された後、エンジン回転数が上昇し、所定の回転数b(本例では1500rpm)に到達したことを確認する。このとき、電動発電機5から回転トルクを受けなくても、エンジンが前記混合気体の燃焼により自力で回転駆動することができる状態にある。そこで、所定の回転数に到達したことを確認すると、電動発電機5からエンジン2への回転トルクの供給を停止する。これにより、電動発電機5からの回転トルクの供給がなくてもエンジン単独で回転駆動する。また、電動発電機5からエンジン2への回転トルクの供給が停止されるため、電動発電機5で使用される回転トルクが少なくなる。このため、エンジン2への回転トルクの供給を停止したと同時に、電動発電機5の回転数及び電力出力が上昇する。また、燃料弁39の開度を絞ることにより、空気の配合比を低くし、通常運転レベルにする。この段階でスロットル弁31は、全開の約50%程度の開度である。
(T5: Start of engine start)
After the fuel supply is started, it is confirmed that the engine speed increases and reaches a predetermined speed b (1500 rpm in this example). At this time, even if the rotational torque is not received from the
また、冷却水通路73のポンプ731及び湯水通路74のポンプ741が作動を開始する。これにより、冷却水が、エンジン2の燃焼室周辺のウォータジャケット27及びガス熱交換器611を巡回して、熱交換を行う。さらに、水熱交換器732で冷却水と温水とが熱交換を行い、温水として出力される。
Further, the
(t6:発電指示)
エンジン始動確認後、暖機完了が確認されると、電動発電機5に電力を出力することを指示する。これにより、電動発電機5から商用電力系統59へ電力が出力されて、通常(負荷追従)運転が開始される。電動発電機5からの発電電力は750〜1500Wである。
(T6: Power generation instruction)
When the completion of warm-up is confirmed after the engine start is confirmed, the
発電指示後もしばらくの間、スロットル弁31の開度は徐々に大きくなる。スロットル弁31の開度に応じてエンジン回転数及び電動発電機回転数が増減する。その後は、成り行き制御モードになり、電力需要及び熱需要の程度に応じてスロットル弁の開度を変えることにより、エンジン2及び電動発電機5の出力が調整される。
For a while after the power generation instruction, the opening of the throttle valve 31 gradually increases. The engine speed and the motor generator speed increase or decrease according to the opening of the throttle valve 31. Thereafter, the event control mode is set, and the outputs of the
なお、図3には、上記エンジン始動過程での所要時間、電力及び燃料の消費量を示した。 FIG. 3 shows the required time, electric power and fuel consumption in the engine starting process.
本例においては、t2(クランキング開始)の行程において、電動発電機からエンジンへ回転トルクの供給を開始する際に吸気通路3をスロットル弁31により全閉にしている。このため、空気の供給を絶つことができ、エンジンの燃焼室内をデコンプ(減圧)状態とすることができる。また、燃焼室内への空気の供給が絶たれるため、1)の吸引時に燃焼室内を真空に近い状態にできる。このため、次の2)の行程では、燃焼室内の真空状態による吸引力も加わって、ピストン22が非常に小さな力で上昇し始めることができる。したがって、非常に小さい回転トルクでエンジンの回転を開始することができる。ゆえに、図3に示されるように、始動時に消費される電力量も低く抑えることができる。
In this example, the intake passage 3 is fully closed by the throttle valve 31 when the supply of rotational torque from the motor generator to the engine is started in the stroke t2 (start of cranking). For this reason, the supply of air can be cut off, and the combustion chamber of the engine can be in a decompressed (decompressed) state. Further, since the supply of air to the combustion chamber is interrupted, the combustion chamber can be brought into a vacuum state at the time of suction 1). For this reason, in the next stroke 2), the suction force due to the vacuum state in the combustion chamber is also applied, and the
また、従来から用いられていたスロットル弁の開度を全閉とすることにより、燃焼室内をデコンプ状態としている。このため、新たにメカニカルデコンプ装置を追加する必要がなく、コストアップを抑制できる。 Moreover, the combustion chamber is in a decompressed state by fully closing the opening of the throttle valve that has been conventionally used. For this reason, it is not necessary to newly add a mechanical decompression device, and an increase in cost can be suppressed.
本例のコジェネレーションシステムのエンジンは、4サイクルエンジンであるが、2サイクルエンジン、ロータリエンジンにも適用できる。更に、本例ではガスエンジンを始動させているが、ガソリン、軽油、灯油などの液体燃料で駆動するエンジンにも本発明を適用できる。 The engine of the cogeneration system of this example is a four-cycle engine, but can be applied to a two-cycle engine and a rotary engine. Furthermore, although the gas engine is started in this example, the present invention can also be applied to an engine driven by liquid fuel such as gasoline, light oil, and kerosene.
本例のコジェネレーションシステムは一般家庭用であるが、業務用にも本発明を適用できる。 The cogeneration system of this example is for general households, but the present invention can also be applied to business use.
1はエンジン始動装置、2はエンジン、20は燃焼室、203は吸気ポート、204は吸気弁、206は排気ポート、207は排気弁、22はピストン、3は吸気通路、30は混合気体通路、31はスロットル弁、32は空気通路、33はエアクリーナ、34は燃料通路、361,362はガス電磁弁、37はガバナ、38はバッファタンク、39は燃料弁、4は点火装置、41は点火プラグ、5は電動発電機、6は排気通路、7は排熱回収部、71は排ガス通路、73は冷却水通路、74は湯水通路、742は貯湯タンクを示す。
1 is an engine starter, 2 is an engine, 20 is a combustion chamber, 203 is an intake port, 204 is an intake valve, 206 is an exhaust port, 207 is an exhaust valve, 22 is a piston, 3 is an intake passage, 30 is a mixed gas passage, 31 is a throttle valve, 32 is an air passage, 33 is an air cleaner, 34 is a fuel passage, 361 and 362 are gas solenoid valves, 37 is a governor, 38 is a buffer tank, 39 is a fuel valve, 4 is an ignition device, and 41 is an ignition
Claims (4)
前記電動発電機から前記エンジンへ回転トルクの供給を開始する際に、前記スロットル弁により前記吸気通路を全閉とすることを特徴とするコジェネレーションシステムのエンジン始動方法。 An engine having a combustion chamber, an intake passage for supplying a mixed gas containing air and fuel into the combustion chamber, and a throttle valve that is provided in the intake passage so as to be openable and closable and adjusts the supply amount of the mixed gas into the combustion chamber A cogeneration system that ignites the gas mixture in the combustion chamber and a motor generator that supplies rotational torque to the engine at the start and generates electric power by being rotated by the engine during normal operation In the system engine starting method,
An engine starting method for a cogeneration system, wherein when the supply of rotational torque from the motor generator to the engine is started, the intake passage is fully closed by the throttle valve.
前記スロットル弁は、前記電動発電機から前記エンジンへ回転トルクの供給を開始する際に、前記吸気通路を全閉とするように設定されていることを特徴とするコジェネレーションシステムのエンジン始動装置。 An engine having a combustion chamber, an intake passage for supplying a mixed gas containing air and fuel into the combustion chamber, and a throttle valve provided in the intake passage so as to be openable and closable to adjust the supply amount of the mixed gas into the combustion chamber An ignition device that ignites the gas mixture in the combustion chamber, and a motor generator that supplies rotational torque to the engine at the start and generates electric power by being rotated by the engine during normal operation. In the engine starter of the generation system,
The engine starter of a cogeneration system, wherein the throttle valve is set to fully close the intake passage when starting to supply rotational torque from the motor generator to the engine.
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