JP4929994B2 - 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 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。
特公昭５２−７１０３号公報 実開昭５９−４３６０３号公報

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。

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。

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ガス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、前記コジェネレーションシステムの作動開始時に前記スロットル弁を全閉にさせ、その後に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させることにより、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。

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。

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。

第二の手段は、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した後であって、前記エンジンが前記燃焼室内の前記混合気体の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に、前記スロットル弁の全閉状態を維持しつつ前記点火装置にて前記燃焼室内の前記混合気体に点火を開始し、その後前記スロットル弁を全閉状態から徐々に開いて前記燃焼室に前記混合気体を吸入して前記点火装置による点火により前記混合気体を着火させ燃焼させる。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。

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。

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ガス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、前記コジェネレーションシステムの始動方法により作動するように設定されている。

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、空気及び燃料ガス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。

本発明の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、空気及び燃料ガス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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

燃料は、都市ガス、プロパンガスなどの燃料ガスを用いる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

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難い。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。

（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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明のコジェネレーションシステムの作動原理図である。 本発明のコジェネレーションシステムのエンジン始動方法及び作動状態を示すグラフである。 本発明のエンジン始動時の各行程の所要時間、消費電力量及び燃料消費量を示す説明図である。

符号の説明

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。

Claims (7)

1. 燃焼室を有するエンジンと、該燃焼室内に空気及び燃料ガスを含む混合気体を供給する吸気通路と、該吸気通路に開閉可能に設けられ前記混合気体の前記燃焼室内への供給量を調整するスロットル弁と、前記燃焼室内の混合気体に点火する点火装置と、始動時に前記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前記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、
   前記コジェネレーションシステムの作動開始時に前記スロットル弁を全閉にさせ、その後に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させることにより、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。
2. 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した後であって、前記エンジンが前記燃焼室内の前記混合気体の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に、前記スロットル弁の全閉状態を維持しつつ前記点火装置にて前記燃焼室内の前記混合気体に点火を開始し、その後前記スロットル弁を全閉状態から徐々に開いて前記燃焼室に前記混合気体を吸入して前記点火装置による点火により前記混合気体を着火させ燃焼させることを特徴とする請求項１記載のコジェネレーションシステムのエンジン始動方法。
3. 前記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回転数に到達したときに、前記電動発電機から前記エンジンへの回転トルクの供給を停止することを特徴とする請求項２に記載のコジェネレーションシステムのエンジン始動方法。
4. 前記エンジンへの回転トルクの供給を開始する前に、吸気弁及び排気弁は全閉とし前記ピストンは上死点付近に位置した状態で停止しており、
   前記エンジンに回転トルクが供給されたとき、前記スロットル弁は全閉を維持しつつ、前記吸気弁、前記排気弁、及び前記ピストンの作動タイミングを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順に繰り返すことで、該行程が繰り返される中で前記１）の工程において前記ピストンが前記上死点付近から下降することで前記燃焼室内を減圧させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のコジェネレーションシステムのエンジン始動方法。
5. 前記スロットル弁の全開時を１００％としたとき、前記スロットル弁の開弁速度を、１秒間当たり０．５〜６％とすることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のコジェネレーションシステムのエンジン始動方法。
6. 前記点火装置にて前記燃焼室内の気体に点火を開始した後は、前記燃焼室に前記混合気体の供給を開始するまでの間、前記エンジンの回転数を前記燃焼室内の気体に点火を開始したときの前記エンジンの回転数に維持することを特徴とする請求項２、請求項３及び請求項５のいずれか１項に記載のコジェネレーションシステムのエンジン始動方法。
7. 燃焼室を有するエンジンと、該燃焼室内に空気及び燃料ガスを含む混合気体を供給する吸気通路と、該吸気通路に開閉可能に設けられ前記混合気体を前記燃焼室内への供給量を調整するスロットル弁と、前記燃焼室内の混合気体に点火する点火装置と、始動時に前記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前記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、
   請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のコジェネレーションシステムのエンジン始動方法により作動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。

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