JP5260085B2 - Power generation engine starting device and starting method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an engine starter that prevents the damage and the like of an inverter by suppressing the excessive rise of a generated voltage caused by the excessive revolutions of a generator at the time of starting an engine, especially at a time of hot start, in a power generation device in which a generator is directly driven by an engine and a generated voltage rises proportionally to the revolutions of the generator because no generated voltage regulating function is provided. <P>SOLUTION: The starter comprises the power generation device, which is directly connected to an engine 9 and outputs a generated voltage proportional to the revolutions of the generator 7 without having the generated voltage regulating function, and a start control means 63, which increases an electric load by applying the electric load 19 to the generator 7 so as to regulate the engine revolutions to preset starting-time permissible revolutions or lower when the start of the engine 9 is detected. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、エンジンで発電機を駆動して電力を供給するとともに、該エンジンの排熱を利用して水を加熱して給湯するいわゆるコジェネレーション装置に設置されるエンジンの始動装置およびその始動方法に関する。   [Technical Field] The present invention relates to an engine starter installed in a so-called cogeneration system that supplies water by driving a generator with an engine and supplies water by using exhaust heat of the engine, and a start method thereof About.

最近、都市ガスを燃料とするガスエンジンによって発電機を駆動し、該エンジンを低出力で運転、例えば出力電力1KW程度の定格で運転するとともに、該ガスエンジンの排熱を熱源として給湯装置を作動して給湯するようにした家庭用のコジェネレーション装置が知られている。   Recently, a generator is driven by a gas engine that uses city gas as fuel, and the engine is operated at a low output, for example, at an output power rating of about 1 kW, and a hot water supply device is operated using the exhaust heat of the gas engine as a heat source. A household cogeneration device that supplies hot water is known.

このような家庭用のコジェネレーション装置としては、例えば、特許文献1に示され、電力使用装置側に蓄電手段と余剰電力消費ヒータとを設けて、家庭内での電力使用装置の使用量が小さいときに発電機の余剰電力を蓄電手段に蓄電するとともに余剰電力消費ヒータを作動させるように通電して、給湯用の加熱が行えるようにしたコジェネレーションシステムの技術が示されている。
また特許文献1のコジェネレーション装置の発電機を駆動するエンジンとしてガスエンジンが示され、ガスエンジンには、設定流量でガス燃料が供給されて、定格運転されるようになっている。
As such a household cogeneration device, for example, as disclosed in Patent Document 1, a power storage device and a surplus power consumption heater are provided on the power usage device side, so that the usage amount of the power usage device in the home is small. There is a technique of a cogeneration system in which surplus power of a generator is sometimes stored in power storage means and energized to operate a surplus power consumption heater so that heating for hot water supply can be performed.
Further, a gas engine is shown as an engine that drives a generator of a cogeneration device of Patent Document 1, and gas fuel is supplied to the gas engine at a set flow rate so as to perform a rated operation.

一方、コジェネレーション装置に設置されるガスエンジンに対して、始動の際には、リコイルスタータ(手動スタータ)や、セルモータや、発電機のモータリング等を用いて始動させている。そして、始動後にはエンジンが自立昇速するが、連続運転中にエンジンを停止しその直後に再始動する場合、例えば、落雷で保護機能が作動して瞬時に停止しその後再始動する場合には、エンジンオイルが高温化して低フリクション状態にあるため、エンジンをセルモータや発電機のモータリングで始動させると過回転が発生するおそれがある。   On the other hand, the gas engine installed in the cogeneration apparatus is started using a recoil starter (manual starter), a cell motor, a motoring of a generator, or the like. And after starting, the engine will self-accelerate, but when stopping the engine during continuous operation and restarting immediately after that, for example, when the protection function is activated by lightning strike, it stops instantaneously and then restarts Since the engine oil is heated to a low friction state, over-rotation may occur when the engine is started by the motoring of the cell motor or the generator.

発電機に電圧調整機能が付設されていれば過回転による発電電圧を調整することが可能であるが、発電機出力に対して電圧調整機能が付いてないような小型軽量で、廉価な発電機装置の場合には、発電機を構成する磁石の回転速度に応じた電圧が発生するようになっているため、過回転によってインバータの耐電圧を超えた発電電圧が発生して、インバータを破損させるおそれがある。
そのため、電圧調整機能付でない発電装置においてはエンジンの温態状態での再始動時における過回転に伴う発電電圧過昇を抑制する制御が必要とされる。
If the generator has a voltage adjustment function, it is possible to adjust the generated voltage due to overspeed, but it is a small, lightweight, inexpensive generator that does not have a voltage adjustment function for the generator output. In the case of a device, a voltage is generated according to the rotational speed of the magnets that make up the generator. Therefore, a power generation voltage exceeding the withstand voltage of the inverter is generated due to over-rotation, and the inverter is damaged. There is a fear.
For this reason, in a power generator that does not have a voltage adjustment function, it is necessary to perform control that suppresses an excessive increase in the generated voltage due to over-rotation at the time of restarting the engine in a warm state.

なお、ガスエンジンについて、ガスエンジンの始動に際してエンストや過回転の発生を防止する技術として、特許文献2が知られている。
この、特許文献2には、ヒートポンプ等に用いられるガスエンジンにおいて、始動時のガスエンジンの温度を検出して、予め設定している対応関係に基づいてスロットル弁の開度を設定して始動して、スロットル弁をバイパスするアイドルポートを必要とせずに始動に際してエンストや過回転を防止する技術が示されている。
すなわち、ガスエンジンの始動時に、冷却水温度、潤滑油温度等のエンジン温度を検出し、該エンジン温度の検出値に基づきスロットル弁の開度を調整して、始動時におけるエンジンの過回転や始動不良の発生を防止するようにしたガスエンジンが開示されている。
As for a gas engine, Patent Document 2 is known as a technique for preventing the occurrence of engine stall or over-rotation when the gas engine is started.
In Patent Document 2, in a gas engine used for a heat pump or the like, the temperature of the gas engine at the time of starting is detected, and the opening of the throttle valve is set based on a preset correspondence relationship. Thus, there is shown a technique for preventing engine stall and overspeed at the start without requiring an idle port for bypassing the throttle valve.
That is, when the gas engine is started, the engine temperature such as the coolant temperature and the lubricating oil temperature is detected, and the opening of the throttle valve is adjusted based on the detected value of the engine temperature. A gas engine that prevents the occurrence of defects is disclosed.

特開2006−158148号公報JP 2006-158148 A 特開平6−288268号公報JP-A-6-288268

前記したように特許文献1には、家庭用のコジェネレーション装置が示され、コジェネレーション装置の発電機を駆動するエンジンとしてガスエンジンが設けられ、ガスエンジンには、設定流量でガス燃料が供給されて、定格運転されるようになっているが、該ガスエンジンの始動時の制御については示されてなく、特に、エンジンが温態状態での始動時における過回転に伴う発電電圧過昇を抑制する制御については示されていない。   As described above, Patent Document 1 discloses a household cogeneration apparatus, in which a gas engine is provided as an engine for driving a generator of the cogeneration apparatus, and gas fuel is supplied to the gas engine at a set flow rate. Although the engine is rated, the control at the start of the gas engine is not shown. In particular, the excessive generation voltage caused by over-rotation at the start of the engine in a warm state is suppressed. The control to do is not shown.

また、特許文献2には、前記のようにガスエンジンについて、ガスエンジンの始動時にスロットル開度を抑えて過回転を防止するにとどまっており、エンジン回転数制御とエンジン負荷、すなわち発電機の電気負荷とを組み合わせての過回転防止をする技術までは示されてなく、コジェネレーション装置においての発電機を駆動するガスエンジンにおいての始動時の制御までは開示されていない。
さらに、前記特許文献2のように、ガスエンジンの始動時にエンジン温度の検出値に基づきスロットル弁の開度を調整して(絞って)エンジンの過回転の発生を防止する手段では、スロットル弁からエンジンの燃焼室までの吸気通路の長さが長くまた吸気通路の容積が大きいエンジンでは、スロットル弁の開度調整からエンジンの回転低下まで時間遅れつまりタイムラグがあるため、始動時における回転上昇抑制の応答性が低いという問題がある。
Further, in Patent Document 2, as described above, the gas engine is limited only to prevent over-rotation by suppressing the throttle opening when the gas engine is started. The technology for preventing over-rotation in combination with the load is not shown, and the control at the time of starting in the gas engine that drives the generator in the cogeneration system is not disclosed.
Further, as disclosed in Patent Document 2, the means for adjusting the throttle valve opening based on the detected value of the engine temperature at the time of starting the gas engine to prevent the engine from over-rotating is disclosed. In an engine where the length of the intake passage to the engine combustion chamber is long and the volume of the intake passage is large, there is a time delay, that is, a time lag, from the adjustment of the throttle valve opening to the decrease in engine rotation. There is a problem of low responsiveness.

そこで、本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、エンジンによって発電機が直接駆動されるとともに、発電電圧調整機能が装着されてなく発電機の回転数に比例的に発電電圧が上昇する発電装置において、エンジンの始動時、特に温態始動時に発電機が過回転して発電電圧が過昇になることを抑えて、インバータの破損等を防止するエンジン始動装置および始動方法を提供することを課題とする。   Therefore, the present invention has been made in view of such a background, and the generator is directly driven by the engine, and the generator voltage adjustment function is not mounted, and the generator voltage is proportional to the number of revolutions of the generator. An engine starting device and a starting method for preventing an inverter from being damaged by preventing the generator from over-rotating and generating voltage from rising excessively at the start of the engine, particularly at a warm start The issue is to provide.

前記課題を解決するため、第1発明は、発電機を駆動する発電機用エンジンの始動装置において、
エンジンに直結されるとともに、発電電圧調整機能を有さずに発電機の回転に比例的に発電電圧が出力される発電装置を備え、
エンジン回転数が予め設定された始動時許容回転数以下になるように、前記発電機に電気負荷を投入して発電負荷を増大する始動制御手段と、
前記エンジンの排熱によって加熱される給湯装置が設けられ、給湯指令によってエンジンの始動を検出し、およびエンジンオイル温度センサからの検出信号に基づいて、所定温度以上の場合にはエンジンが温態状態にあると判断する温態始動検出手段と、を備え、
該温態始動検出手段によって温態時における始動を検出したとき、前記始動制御手段を作動させることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, a first invention is a starter for a generator engine that drives a generator.
It is directly connected to the engine and has a power generation device that does not have a power generation voltage adjustment function and outputs a power generation voltage in proportion to the rotation of the generator.
Start control means for increasing the power generation load by applying an electric load to the generator so that the engine speed is equal to or less than a preset allowable engine speed at start ;
A hot water supply device is provided that is heated by exhaust heat of the engine, detects engine start by a hot water supply command, and based on a detection signal from an engine oil temperature sensor, the engine is in a warm state when the temperature is equal to or higher than a predetermined temperature. A warm start detection means for determining that
The start control means is actuated when the warm start detection means detects the start in the warm state .

また、第2発明は、発電用エンジンの始動方法に関し、発電機を駆動する発電機用エンジンの始動方法において、エンジンに直結されるとともに、発電電圧調整機能を有さずに発電機の回転に比例的に発電電圧が出力される発電装置が設けられ、前記エンジンの排熱によって加熱される給湯装置が設けられ、給湯指令によってエンジンの始動を検出し、およびエンジンオイル温度センサからの検出信号に基づいて、所定温度以上の温態状態を検出したとき、エンジン回転数が予め設定された始動時許容回転数以下になるように、前記発電機に電気負荷を投入して発電負荷を増大することを特徴とする。 Further, the second invention relates to a method for starting a power generation engine. In the method for starting a power generator engine for driving a power generator, the power generator is directly connected to the engine and is capable of rotating the power generator without having a power generation voltage adjustment function. A power generator that outputs a generated voltage proportionally is provided, a hot water supply device that is heated by the exhaust heat of the engine is provided, engine start is detected by a hot water supply command, and a detection signal from an engine oil temperature sensor On the basis of this, when a temperature state above a predetermined temperature is detected, an electric load is applied to the generator to increase the power generation load so that the engine speed is equal to or less than a preset allowable engine speed at start-up. It is characterized by.

かかる装置発明、および方法発明によれば、エンジンの温態始動時に、エンジン回転数が予め設定された始動時許容回転数以下になるように、発電機に電気負荷を投入して発電負荷を増大するので、エンジンの過回転が防止され、発電機の発電電圧が一定値以上に上昇することが抑えられ、インバータの耐電圧以上の発電が防止されてインバータ等が破損することが防止される。 According to the device invention and the method invention, when the engine is warm- started, an electric load is applied to the generator to increase the power generation load so that the engine speed is equal to or less than a preset allowable engine speed at startup. As a result, the engine is prevented from over-rotation, the power generation voltage of the generator is prevented from rising above a certain value, the power generation exceeding the withstand voltage of the inverter is prevented, and the inverter or the like is prevented from being damaged.

また、装置発明、および方法発明によれば、前記エンジンの排熱によって加熱される給湯装置が設けられ、給湯指令によってエンジンの始動を検出し、およびエンジンオイル温度センサからの検出信号に基づいて、所定温度以上の温態状態を検出したとき、エンジン回転数が予め設定された始動時許容回転数以下になるように、前記発電機に電気負荷を投入して発電負荷を増大するので、温態始動時にはエンジンオイルが高温化して低フリクション状態にあるため、過回転が生じやすいが、電気負荷の投入によって過回転が抑えられる。 Further , according to the device invention and the method invention , a hot water supply device heated by the exhaust heat of the engine is provided, engine start is detected by a hot water supply command, and based on a detection signal from an engine oil temperature sensor, When a temperature state above a predetermined temperature is detected, an electric load is added to the generator to increase the power generation load so that the engine speed is equal to or less than a preset allowable engine speed at startup. At the time of start-up, the engine oil is at a high temperature and is in a low friction state, so over-rotation is likely to occur, but over-rotation can be suppressed by applying an electric load.

また、装置発明において好ましくは、前記始動制御手段の電気負荷が余剰電力ヒータへの通電であるとよく、かかる構成によれば、余剰電力ヒータへの通電によって発電出力を消費させることにより、エンジンの過回転を防止できる。回転数が上がればヒータをONし、回転数が下がればヒータをOFFすることにより、回転数を制御できエンジンの回転数を制御できる。   In the apparatus invention, preferably, the electrical load of the start control means is energized to the surplus power heater. According to such a configuration, the power generation output is consumed by energizing the surplus power heater, thereby Over-rotation can be prevented. If the number of revolutions increases, the heater is turned on, and if the number of revolutions falls, the heater is turned off, so that the number of revolutions can be controlled and the number of revolutions of the engine can be controlled.

さらに、前記給湯装置の給湯加熱源として前記排熱に加えて前記余剰電力ヒータが設置され、前記電気負荷投入時に該余剰電力ヒータに通電せしめるとよく、余剰電力ヒータの発熱を給湯器の加熱源として有効利用でき、給電と給湯とを行うコジェネシステムの熱効率を上げることができる。 Furthermore, in addition to the exhaust heat, the surplus power heater is installed as a hot water supply heating source of the water heater, and it is preferable to energize the surplus power heater when the electric load is turned on. As a result, the thermal efficiency of the cogeneration system that supplies power and hot water can be increased.

また、装置発明において好ましくは、前記電気負荷の投入を前記発電機出力電圧によって制御するとよい、すなわち、エンジンの回転数または発電機の回転数を直接検出せずに、発電機の出力電圧を検出することでエンジンまたは発電機の回転数の増減を判定して、余剰電力ヒータへの投入を制御する。かかる構成によれば、発電電圧の過昇状態を直接的に検出して、検出電圧値が閾値電圧以上のときに余剰電力ヒータをONするので、発電機の発電電圧も一定値以上に上昇することが抑えられ、インバータの耐電圧以下にして破損を防止する効果を確実に得ることができる。   In the device invention, preferably, the input of the electric load is controlled by the generator output voltage, that is, the generator output voltage is detected without directly detecting the engine speed or the generator speed. Thus, the increase or decrease of the engine or generator speed is determined, and the supply to the surplus power heater is controlled. According to such a configuration, an excessively high power generation voltage state is detected directly, and the surplus power heater is turned on when the detected voltage value is equal to or higher than the threshold voltage, so the power generation voltage of the generator also rises above a certain value. Therefore, it is possible to reliably obtain the effect of preventing breakage below the withstand voltage of the inverter.

また、装置発明において好ましくは、前記発電機出力電圧が閾値電圧以上のときに前記電気負荷をONするとともに、前記閾値を時間とともに上げるとよく、また、前記発電機出力電圧が閾値電圧以上のときに前記電気負荷をONするとともに、前記電気負荷の投入後に時間とともに該電気負荷を減らすとよい。   Preferably, in the device invention, the electrical load is turned on when the generator output voltage is equal to or higher than a threshold voltage, and the threshold is increased with time. Also, when the generator output voltage is equal to or higher than the threshold voltage. The electrical load may be turned on and the electrical load may be reduced with time after the electrical load is turned on.

かかる構成によれば、前記閾値を時間とともに上げることで、エンジンにブレーキトルクがかかり続けることが防止されてエンジン回転数を増やしていき安定した始動が可能になる。
また、同様に電気負荷をONし続けると、エンジンにブレーキトルクがかかり続けるため、エンジン回転数が上がっていかないので、これを防ぐために、余剰電力ヒータの負荷を時間とともに徐々に減らしていくことで、安定した始動が可能になる。
According to such a configuration, by increasing the threshold value with time, it is possible to prevent the engine from continuing to be applied with brake torque and to increase the engine speed, thereby enabling a stable start.
Similarly, if the electric load continues to be turned on, the brake torque continues to be applied to the engine, so the engine speed does not increase. To prevent this, the load on the surplus power heater is gradually reduced with time. Stable start is possible.

また、装置発明において好ましくは、前記始動制御手段はエンジンの出力を制御するエンジン制御手段を有し、前記電気負荷の投入後に前記始動時許容回転数を超える場合に前記エンジン制御手段によって吸気スロットルを絞るとよく、またはエンジンへの供給燃料を制限するとよい。   Preferably, in the device invention, the start control means includes an engine control means for controlling an output of the engine, and the intake air throttle is controlled by the engine control means when the engine start means exceeds an allowable engine speed after the electric load is applied. It may be throttled or the fuel supplied to the engine may be limited.

かかる構成によれば、電気負荷の投入によってもエンジン回転数が始動時許容回転数を超える場合には、エンジンの出力をスロットルを絞ることによって、または燃料供給を制限することによって、エンジン出力を直接抑制するので、発電機の発電電圧も一定値以上に上昇することが抑えられ、インバータの耐電圧以下にして破損を防止する効果を確実に得ることができる。   According to such a configuration, when the engine speed exceeds the allowable engine speed at start-up even when an electric load is applied, the engine output is directly controlled by reducing the engine output or by restricting the fuel supply. Therefore, the power generation voltage of the generator can be prevented from rising above a certain value, and the effect of preventing breakage can be reliably obtained by making it lower than the withstand voltage of the inverter.

本発明によれば、エンジンによって発電機が直接駆動されるとともに、電圧調整機能が装着されてなく発電機の回転数に比例的に発電電圧が上昇する発電装置において、エンジンの始動時、特に温態始動時に発電機が過回転して発電電圧が過昇になることを抑えて、インバータの破損等を防止するエンジン始動装置および始動方法を得ることができる。   According to the present invention, in the power generator in which the generator is directly driven by the engine and the voltage adjustment function is not mounted and the generated voltage rises in proportion to the rotational speed of the generator, the temperature is particularly high when the engine is started. It is possible to obtain an engine starter and a start method that prevent the inverter from being damaged by preventing the generator from over-rotating at the start of the state and causing the generated voltage to rise excessively.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Only.

なお、実施形態の説明で参照する図面は次の通りである。
図1は本願発明が適用される家庭用のコジェネレーション装置の概要構成を示す説明図であり、図2はコジェネレーション装置の給電部(発電装置)のブロック構成図であり、図3はガスエンジンの全体構成を示す説明図であり、図4は始動制御手段を示す制御ブロック図であり、図5は、第1実施例におけるエンジン始動時におけるエンジン回転数及び発電出力(エンジン負荷)の時間変化を示すチャート図であり、図6は、第2実施例におけるエンジン始動時におけるエンジン回転数及び発電出力(エンジン負荷)の時間変化を示すチャート図である。
The drawings referred to in the description of the embodiment are as follows.
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a household cogeneration apparatus to which the present invention is applied, FIG. 2 is a block configuration diagram of a power supply unit (power generation apparatus) of the cogeneration apparatus, and FIG. 3 is a gas engine. FIG. 4 is a control block diagram showing the starting control means, and FIG. 5 is a time variation of the engine speed and the power generation output (engine load) at the time of starting the engine in the first embodiment. FIG. 6 is a chart showing temporal changes in engine speed and power generation output (engine load) at the time of engine start in the second embodiment.

図1を参照して、本願発明が適用される家庭用のコジェネレーション装置1の概要について説明する。
コジェネレーション装置1は発電を行う給電部3と、給湯を行う給湯部5とで構成されている。
給電部3には発電機7を駆動するガスエンジン9が設けられ、該発電機7で発電された電力が系統連系用のインバータ11によって外部電源たる商用系統の電圧と周波数が同じになるように揃えられて、給電線13によって配電盤を通して家庭内の電力使用装置に送られる。また、ガスエンジン9は、稼動時に発電出力が約1KWの定格で運転するようになっていて、この定格運転時に、振動騒音が最も小さくなるように設定されている。
With reference to FIG. 1, the outline | summary of the domestic cogeneration apparatus 1 to which this invention is applied is demonstrated.
The cogeneration apparatus 1 includes a power supply unit 3 that generates power and a hot water supply unit 5 that supplies hot water.
The power supply unit 3 is provided with a gas engine 9 that drives a generator 7 so that the power generated by the generator 7 has the same voltage and frequency as those of a commercial system that is an external power source by an inverter 11 for grid connection. Are sent to the power usage device in the home through the switchboard by the feeder 13. Further, the gas engine 9 is operated at a rated power output of about 1 kW during operation, and is set so that vibration noise is minimized during this rated operation.

給湯部5には、ガスエンジン9の排熱を利用するためのエンジンの冷却水が流れる冷却水配管15が、ガスエンジン9を介して設けられ、さらに排熱交換器17からもこの冷却水配管15内の冷却水に熱が与えられると共に、余剰電力ヒータ19によってもこの冷却水に熱が与えられる。   The hot water supply section 5 is provided with a cooling water pipe 15 through which the engine cooling water for utilizing the exhaust heat of the gas engine 9 flows through the gas engine 9, and also from the exhaust heat exchanger 17. Heat is given to the cooling water in 15, and heat is also given to the cooling water by the surplus power heater 19.

そして、熱せられた冷却水は熱交換器21、23によって貯湯タンク25に蓄える水や、図示しない家庭内に設けられた屋内暖房用暖房端末などに供給する水を温める。また、熱交換器27、29は同様に、家庭内に給湯したりするための熱交換器であり、さらに熱源が不足した場合の補助熱源器31が設けられている。   The heated cooling water warms water stored in the hot water storage tank 25 by the heat exchangers 21 and 23 or water supplied to a heating terminal for indoor heating provided in the home (not shown). Similarly, the heat exchangers 27 and 29 are heat exchangers for supplying hot water in the home, and an auxiliary heat source device 31 is provided when the heat source is insufficient.

次に、図2にコジェネレーション装置1の発電を行う給電部3の詳細ブロック構成図を示す。図1の構成要素とは同一符号を付する。
ガスエンジン9に直結されて発電機7が設けられている。この発電機7は交流発電機であり、永久磁石が内蔵され、回転数に比例した誘起電圧が発生されるようになっている。
インバータ基板35には、発電機7が発電した、例えば250V、213Hzの交流を約350Vの直流に変換するAC/DCコンバータ37と、この直流350Vを外部電源たる商用系統39における電圧、周波数と同じ100V/200Vの交流にするためのDC/ACインバータ41と、電流センサ43からの電流値によって配電盤45から商用系統への電力の流れ状況を確認するための回路が搭載されている。また、配電盤45から家庭内の電力使用装置47に電力が供給されるようになっている。
Next, the detailed block block diagram of the electric power feeding part 3 which performs the electric power generation of the cogeneration apparatus 1 in FIG. 2 is shown. Components identical to those in FIG.
A generator 7 is provided directly connected to the gas engine 9. This generator 7 is an AC generator and has a built-in permanent magnet to generate an induced voltage proportional to the rotational speed.
The inverter board 35 has the same voltage and frequency as the AC / DC converter 37 that converts the alternating current of, for example, 250 V and 213 Hz to the direct current of about 350 V generated by the generator 7 and the commercial system 39 that uses the direct current 350 V as an external power source. A DC / AC inverter 41 for converting to 100V / 200V alternating current and a circuit for confirming the state of power flow from the switchboard 45 to the commercial system based on the current value from the current sensor 43 are mounted. In addition, power is supplied from the switchboard 45 to the power usage apparatus 47 in the home.

ガスエンジン9、発電機7、インバータ基板35、ECU基板49によって給電部3が構成される。なお、AC/DCコンバータ37とDC/ACインバータ41とは、外部電源たる商用系統39は周波数や電圧の変動は少ないのに対し、発電機7で発電した電力はその電力の使用状況によって周波数や電圧が変動しやすいため、発電機7で発電した電気の電圧と周波数とを外部電源たる商用系統39と同じになるよう揃えるために設けられるものである。   The power supply unit 3 is configured by the gas engine 9, the generator 7, the inverter board 35, and the ECU board 49. Note that the AC / DC converter 37 and the DC / AC inverter 41 are such that the commercial system 39, which is an external power source, has little fluctuations in frequency and voltage, whereas the power generated by the generator 7 depends on the usage state of the power. Since the voltage is likely to fluctuate, the voltage and frequency of electricity generated by the generator 7 are provided so as to be equal to those of the commercial system 39 that is an external power source.

また、ECU基板49には、スロットル、ガス電磁弁、点火装置、各種センサ等の電子制御を行うCPU51が搭載され、ガスエンジン9の運転を制御する。また、インバータ基板35にはECU基板49やインバータ基板35に電源を供給する制御電源55が搭載されている。   The ECU board 49 is mounted with a CPU 51 that performs electronic control such as a throttle, a gas electromagnetic valve, an ignition device, and various sensors, and controls the operation of the gas engine 9. In addition, a control power supply 55 that supplies power to the ECU board 49 and the inverter board 35 is mounted on the inverter board 35.

さらに、インバータ基板35には、AC/DCコンバータ37やDC/ACインバータ41を制御すると共に、インバータ基板35外に設けられた余剰電力ヒータ19の消費電力を、PWM(Pulse Width Modulation)制御によってデューティ(Duty)比を制御する半導体スイッチ59に指示を送るCPU53を備えている。   Further, the inverter board 35 controls the AC / DC converter 37 and the DC / AC inverter 41, and the power consumption of the surplus power heater 19 provided outside the inverter board 35 is duty controlled by PWM (Pulse Width Modulation) control. A CPU 53 is provided to send an instruction to the semiconductor switch 59 for controlling the (Duty) ratio.

通常このようなコジェネレーション装置1においては、停電時に商用系統39に電気が流れると電気系統の保守に支障を来たすため、ブレーカやリレー等のスイッチ61が設けられ、商用系統39の停電時等に通電を遮断するようになっている。   Normally, in such a cogeneration apparatus 1, a switch 61 such as a breaker or a relay is provided when electricity flows through the commercial system 39 at the time of a power failure. The power is cut off.

外部電源たる商用系統39と配電盤45との間には、電流センサ43が設けられ、商用系統39の使用電力が検出される。発電機7の出力は前記したように例えば1KWと一定であるため、家庭内の電力使用装置47の使用電力がこの1KWを越えると、配電盤45を介して商用系統39から電力が供給される。   A current sensor 43 is provided between the commercial system 39 serving as an external power source and the switchboard 45, and the power used by the commercial system 39 is detected. Since the output of the generator 7 is constant at 1 KW, for example, as described above, when the power used by the power usage apparatus 47 in the home exceeds 1 KW, power is supplied from the commercial system 39 via the switchboard 45.

しかし逆に、家庭内の電力使用装置47の使用電力がこの1KWより少ないと、そのままでは余った電気が商用系統39へ逆潮流する。それを防ぐため、商用系統39と配電盤45の間に設けられた電流センサ43の測定結果がインバータ基板35に搭載したCPU53に常時送られ、このCPU53が、送られてきた測定結果から商用系統39から配電盤45方向へ流れる電流の減少を検出すると、逆潮流が起きる可能性があるとして、余剰電力ヒータ19の使用電力を制御する半導体スイッチ59へ、余剰電力に相当する電力を消費するようPWM制御信号を送るようになっている。   On the contrary, if the power consumption of the power usage device 47 in the home is less than 1 KW, the surplus electricity flows backward to the commercial system 39 as it is. In order to prevent this, the measurement result of the current sensor 43 provided between the commercial system 39 and the switchboard 45 is constantly sent to the CPU 53 mounted on the inverter board 35, and the CPU 53 determines that the commercial system 39 from the sent measurement result. If a decrease in the current flowing from the power supply to the switchboard 45 is detected, a reverse power flow may occur, and PWM control is performed so that power corresponding to the surplus power is consumed by the semiconductor switch 59 that controls the power used by the surplus power heater 19. A signal is sent.

以上のECU基板49に設けられたCPU51と、インバータ基板35に設けられたCPU53とによって、本願発明の始動制御手段63が構成されている。
次に、始動制御手段63について図3、図4、図5を参照して説明する。この始動制御手段63は、大きく分けてガスエンジン9を制御するエンジン制御手段65と、発電機7の発電負荷を制御する電気負荷制御手段67との部分から構成されている。
The CPU 51 provided on the ECU board 49 and the CPU 53 provided on the inverter board 35 constitute a start control means 63 of the present invention.
Next, the start control means 63 will be described with reference to FIG. 3, FIG. 4, and FIG. The start control means 63 is roughly composed of an engine control means 65 for controlling the gas engine 9 and an electric load control means 67 for controlling the power generation load of the generator 7.

図3に本発明に係る始動制御手段63の全体構成図を示す。図1、2と同一構成部品には同一符号を付する。
図3において、ガスエンジン9は単シリンダもしくは多シリンダの4サイクルガスエンジンであり、シリンダ70内に往復摺動自在に嵌合されたピストン72、該ピストン72の往復動を回転に変換するクランク軸74、前記ピストン72の上面とシリンダ70の内面との間に区画形成される燃焼室76、該燃焼室76に接続される吸気ポート78、該吸気ポート78を開閉する吸気弁80、該燃焼室76に接続される排気ポート82、該排気ポート82を開閉する排気弁84等によって構成される。
FIG. 3 shows an overall configuration diagram of the start control means 63 according to the present invention. The same components as those in FIGS.
In FIG. 3, a gas engine 9 is a single-cylinder or multi-cylinder four-cycle gas engine, a piston 72 fitted in a cylinder 70 so as to be freely slidable, and a crankshaft for converting the reciprocating motion of the piston 72 into rotation. 74, a combustion chamber 76 defined between the upper surface of the piston 72 and the inner surface of the cylinder 70, an intake port 78 connected to the combustion chamber 76, an intake valve 80 for opening and closing the intake port 78, and the combustion chamber An exhaust port 82 connected to 76, an exhaust valve 84 for opening and closing the exhaust port 82, and the like.

前記吸気ポート78の途中にはガスミキサー86及びスロットル弁88が設置され、燃料ガス管90からガス量調整弁92を通して供給された燃料ガスと新たに外部から取り込んだ空気とを該ガスミキサー86で混合する。
そして、この混合気は前記スロットル弁88の開度制御によって流量を調整されて、前記吸気弁80の開弁によって前記燃焼室76に供給される。
着火装置94は、この例では点火プラグによって発生させる火花によって燃焼室内の混合気を燃焼させるもので、点火プラグ、点火コイルで構成されている。
かかる構成からなるガスエンジン9は、これのクランク軸74に直結される発電機7を駆動する。
In the middle of the intake port 78, a gas mixer 86 and a throttle valve 88 are installed. The fuel gas supplied from the fuel gas pipe 90 through the gas amount adjusting valve 92 and the newly taken air from the outside are supplied by the gas mixer 86. Mix.
The flow rate of the air-fuel mixture is adjusted by opening control of the throttle valve 88, and the air-fuel mixture is supplied to the combustion chamber 76 by opening the intake valve 80.
In this example, the ignition device 94 burns the air-fuel mixture in the combustion chamber with sparks generated by the ignition plug, and is composed of an ignition plug and an ignition coil.
The gas engine 9 having such a configuration drives the generator 7 directly connected to the crankshaft 74 thereof.

図3において、始動制御手段63には、エンジン回転数検出器96からガスエンジン9におけるエンジン回転数の検出値、負荷検出器98から電気負荷即ちガスエンジン9に掛かるエンジン負荷の検出値、オイル温度センサ100から前記ガスエンジン9の潤滑油温度の検出値、環境状態センサ102から前記ガスエンジン9の運転に関連する大気圧、大気温度、空気湿度等の環境状態の検出値が、それぞれ入力されている。さらに、発電機7の電圧検出器104から発電電圧値が入力される。エンジン回転数検出器96は発電機7の発電交流周波数から検出してもエンジン出力軸の回転から検出しても良い。   In FIG. 3, the start control means 63 includes an engine speed detection value from the engine speed detector 96 to the detected value of the engine speed in the gas engine 9, an electric load from the load detector 98, that is, a detected value of the engine load applied to the gas engine 9, and the oil temperature. The detection value of the lubricating oil temperature of the gas engine 9 is input from the sensor 100, and the detection value of the environmental state such as atmospheric pressure, atmospheric temperature, air humidity and the like related to the operation of the gas engine 9 is input from the environmental state sensor 102, respectively. Yes. Further, the generated voltage value is input from the voltage detector 104 of the generator 7. The engine speed detector 96 may be detected from the generated AC frequency of the generator 7 or from the rotation of the engine output shaft.

そして、始動制御手段63内のエンジン制御手段65では、前記各検出値に基づき、スロットル弁88の開度及びガス量調整弁92の開度信号をそれぞれ出力する。また、始動制御手段63内の電気負荷制御手段67では、発電機7の電気負荷である余剰電力ヒータ19の消費電力を制御する半導体スイッチ59へ、余剰電力ヒータ19への通電タイミングおよびデューティ比を指示する。さらに、始動制御手段63では、発電機7に対する起動インバータ(AC/DCコンバータ37)によるモータリングの制御も行う。   The engine control means 65 in the start control means 63 outputs the opening degree signal of the throttle valve 88 and the opening degree signal of the gas amount adjusting valve 92 based on the detected values. In addition, the electrical load control means 67 in the start control means 63 sets the energization timing and duty ratio to the surplus power heater 19 to the semiconductor switch 59 that controls the power consumption of the surplus power heater 19 that is the electrical load of the generator 7. Instruct. Further, the start control means 63 also controls motoring by the start inverter (AC / DC converter 37) for the generator 7.

次に、図4に始動制御手段63の制御ブロック図を示し、この図4を参照して始動制御手段63について説明する。
始動制御手段63の始動回転数・負荷設定部110には、エンジンの始動時における許容最大エンジン回転数である始動時許容回転数、即ち図5に示す過回転判断回転数Naが設定されている。また、該始動回転数・負荷設定部110には、エンジンの始動時において電気負荷として投入する余剰電力ヒータ19の消費電力値(発電負荷値)Dが設定されている。さらに、余剰電力ヒータ19への通電開始のヒータON閾回転数Nbが設定されている。
Next, FIG. 4 shows a control block diagram of the start control means 63, and the start control means 63 will be described with reference to FIG.
In the starting rotational speed / load setting unit 110 of the starting control means 63, an allowable starting rotational speed that is an allowable maximum engine rotational speed at the time of starting the engine, that is, an overspeed determination rotational speed Na shown in FIG. 5 is set. . Further, in the starting rotational speed / load setting unit 110, a power consumption value (power generation load value) D of the surplus power heater 19 to be input as an electric load at the time of starting the engine is set. Further, a heater ON threshold rotation speed Nb for starting energization to the surplus power heater 19 is set.

エンジンを始動すると、図5に示されるエンジン始動時におけるエンジン回転数及び発電出力(エンジン負荷)の時間変化を示すチャート図のように、正常な始動及び負荷運転への移行時には、エンジン回転数は、図のZ線に示すように、始動後無負荷状態で一定の無負荷時回転数(アイドル回転数)N1まで上昇し、このアイドル回転数N1で一定時間運転した後、負荷(発電電力)を投入して該負荷を上昇させるとともに、スロットル弁の開度を増してエンジン回転数を定格回転数Nまで上昇せしめ、該定格回転数Nで連続運転を行う。 When the engine is started, as shown in the chart of FIG. 5 showing the time change of the engine speed and power generation output (engine load) at the time of engine start, the engine speed is As shown by the Z line in the figure, after starting, the engine speed increases to a constant no-load rotation speed (idle rotation speed) N1 in a no-load state, and after driving at this idle rotation speed N1, the load (generated power) with increasing the load on the power, raised the engine speed up to the rated speed N 0 increases the opening degree of the throttle valve, for continuous operation in the constant rated rotational speed N 0.

エンジン停止後の時間間隔が短い時の再始動のように、ガスエンジン9が温態状態の時にはエンジンオイル温度が運転時に近い温度レベルにあるため、ガスエンジン9を始動する際には、図5のS線に示すように、無負荷状態でエンジン回転数が過回転判断回転数(始動時許容回転数)Naを超えて上昇しようとする。   When the gas engine 9 is in a warm state like the restart when the time interval after the engine stop is short, the engine oil temperature is at a temperature level close to that during operation. As shown by the S line, the engine speed tends to increase beyond the over-rotation determination speed (allowable speed at start) Na in the no-load state.

(第1の実施形態)
給湯指令によって、エンジン9の始動が開始される。まず、エンジンの温態状態がオイル温度センサ100からの検出信号に基づいて、例えばエンジンオイル温度が50℃以上の場合には、エンジン9が温態状態にあると判断する。
そして、CPU53(電気負荷制御手段67)によって発電機7の起動インバータ(AC/DCコンバータ37)を作動して、発電機7をモータリングしてエンジン9の始動を開始する。なお、給湯指令の検出およびオイル温度センサ100によって温態始動検出手段を構成している。
(First embodiment)
The engine 9 is started by the hot water supply command. First, based on the detection signal from the oil temperature sensor 100, for example, when the engine oil temperature is 50 ° C. or higher, it is determined that the engine 9 is in the warm state.
Then, the start inverter (AC / DC converter 37) of the generator 7 is operated by the CPU 53 (electric load control means 67), the generator 7 is motored, and the engine 9 is started. Note that the hot start command detecting means and the oil temperature sensor 100 constitute a warm start detecting means.

その後、エンジン回転数検出器96からエンジン回転数が始動制御手段63の始動時回転数・負荷制御部112に入力されると、該始動時回転数・負荷制御部112においては、エンジン回転数の検出値を前記始動回転数・負荷設定部110に設定されている図5に示す過回転判断回転数即ち始動時許容回転数NaおよびヒータON閾回転数Nbと対比して、該エンジン回転数の検出値がヒータON閾回転数Nbに達すると(t1)、この時点(図5のA点)から、余剰電力ヒータ19に通電を開始し電気負荷を投入する。   Thereafter, when the engine speed is input from the engine speed detector 96 to the start speed / load control unit 112 of the start control means 63, the start speed / load control unit 112 determines the engine speed. The detected value is compared with the over-rotation judgment rotational speed shown in FIG. 5 set in the starting rotational speed / load setting unit 110, that is, the allowable starting rotational speed Na and the heater ON threshold rotational speed Nb. When the detected value reaches the heater ON threshold rotation speed Nb (t1), the surplus power heater 19 is energized and an electric load is applied from this point (point A in FIG. 5).

その後、余剰電力を投入してもさらに回転数が上昇し、始動時許容回転数Naに達すると(図5のE点)、前記始動時回転数・負荷制御部112においては、スロットル弁88の開度を絞る制御操作信号を該スロットル弁88に送って混合気の流量を一定流量まで低下せしめるとともに、ガス量調整弁92に制御操作信号を送って燃料ガス流量を減少させてエンジン出力を絞る。   Thereafter, even if surplus power is input, the rotational speed further increases, and when the allowable rotational speed Na at the start is reached (point E in FIG. 5), the rotational speed / load control unit 112 at the start A control operation signal for reducing the opening degree is sent to the throttle valve 88 to reduce the flow rate of the air-fuel mixture to a constant flow rate, and a control operation signal is sent to the gas amount adjusting valve 92 to reduce the fuel gas flow rate to reduce the engine output. .

また前記始動時回転数・負荷制御部112においては、エンジン負荷つまり電気負荷(余剰電力ヒータ19)を、前記始動時回転数・負荷制御部112に設定されている始動時設定負荷に保持する(図5のD線)。これにより、エンジン回転数は図5のBからCの定格回転数Nへと低下する。
以上の始動時の制御後(t2)は、通常のエンジン制御に入り、エンジン負荷つまり電気負荷(余剰電力ヒータ19)とスロットル弁88及びガス量調整弁92の開度制御によってエンジン9及び発電機7を定格回転数N及び定格負荷Gで運転する。
In addition, the engine speed, that is, the electric load (the surplus electric power heater 19) is held in the engine speed setting / load control unit 112, which is set in the engine speed / load control unit 112 at the time of starting. D line in FIG. 5). As a result, the engine speed decreases from B in FIG. 5 to the rated speed N 0 of C.
After the above starting control (t2), normal engine control is entered, and the engine 9 and generator are controlled by controlling the engine load, that is, the electric load (the surplus power heater 19), the throttle valve 88, and the gas amount adjusting valve 92. 7 is operated at a rated speed N 0 and a rated load G.

かかる実施形態によれば、商用系統39へ逆潮流するのを防止するために設けられた余剰電力ヒータ19を利用して、エンジンの温態始動時の発電機7の過回転を防止することができる。   According to such an embodiment, it is possible to prevent over-rotation of the generator 7 at the time of engine warm start by using the surplus power heater 19 provided to prevent a reverse power flow to the commercial system 39. it can.

さらに、余剰電力ヒータ19への通電開始タイミングのヒータON閾回転数Nbを超えると、まず、余剰電力ヒータ19へ通電して発電機7に負荷を投入することで発電機7の回転上昇率を抑えるが、それでもなお過回転判断回転数(始動時許容回転数)Naに達すると、スロットル弁88の開度を絞る制御信号を該スロットル弁88に送って混合気の流量を一定流量まで低下せしめるとともに、ガス量調整弁92に制御操作信号を送って燃料ガス流量を減少させる制御を行う。   Further, when the heater ON threshold rotation speed Nb of the energization start timing to the surplus power heater 19 is exceeded, first, the surplus power heater 19 is energized and a load is applied to the generator 7 to increase the rotation rate of the generator 7. However, if the engine speed still reaches the over-rotation determination speed (allowable speed at start) Na, a control signal for reducing the opening of the throttle valve 88 is sent to the throttle valve 88 to reduce the flow rate of the air-fuel mixture to a constant flow rate. At the same time, a control operation signal is sent to the gas amount adjusting valve 92 so as to reduce the fuel gas flow rate.

このため、従来技術のように、ガスエンジンの始動時にエンジン温度の検出値に基づきスロットル弁の開度を調整して(絞って)エンジンの過回転の発生を防止する手段では、スロットル弁からエンジンの燃焼室までの吸気通路の長さが長くまた吸気通路の容積が大きいエンジンでは、スロットル弁の開度調整からエンジンの回転低下まで時間遅れつまりタイムラグがあるため、始動時における回転上昇抑制の応答性が低いという問題があるが、本実施形態においては、前記のように、始動時にエンジン回転数が始動時許容回転数に達する前に、先ずエンジンに余剰電力ヒータ19の負荷を掛けた後に、スロットル弁88の開度を絞る制御を行うので、前記従来技術のような吸気通路の長さや容積によるタイムラグの発生がなく、始動時における回転上昇抑制の応答性が高くなって、始動時におけるエンジン過回転阻止効果がより高くなる。   For this reason, as in the prior art, the means for adjusting the throttle valve opening based on the detected value of the engine temperature at the time of starting the gas engine (throttle) to prevent the engine from over-rotation is used. In an engine with a long intake passage to the combustion chamber and a large intake passage volume, there is a time lag or time lag from adjusting the throttle valve opening to lowering the engine speed. In this embodiment, as described above, after the engine speed reaches the allowable start speed at the start, as described above, first, after applying the load of the surplus power heater 19 to the engine, Since control is performed to reduce the opening of the throttle valve 88, there is no time lag due to the length and volume of the intake passage as in the prior art, and it is possible to start up at the time of starting. That rotation increase responsiveness is higher suppression, engine overspeed inhibiting effect becomes higher at the start.

(第2の実施形態)
次に、第2実施形態を説明する。
エンジンの温態状態がオイル温度センサ100からの検出信号に基づいて、例えばエンジンオイルの温度が50℃以上の場合には、エンジン9が温態状態にあると判断し、CPU53(電気負荷制御手段67)によって発電機7の起動イバータが作動され、発電機7がモータリングしてエンジン9の始動を開始する。
エンジンの始動開始の直後から始動時回転数・負荷制御部112によって、余剰電力ヒータ19への通電を開始するように半導体スイッチ59へON信号を出力する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described.
Based on the detection signal from the oil temperature sensor 100, for example, when the temperature of the engine oil is 50 ° C. or higher, it is determined that the engine 9 is in the warm state, and the CPU 53 (electric load control means) 67), the starting inverter of the generator 7 is operated, and the generator 7 is motored to start the engine 9.
An ON signal is output to the semiconductor switch 59 so as to start energization of the surplus power heater 19 by the engine speed / load control unit 112 immediately after the start of the engine.

その後、エンジン9が昇速しつつ電気負荷(余剰電力ヒータ19)が作用しながらヒータON閾値変更開始回転数Ncに達すると、その後はヒータON閾回転数Nbによって余剰電力ヒータ19へのヒータONを制御するが、そのヒータON閾回転数Nbを一定時間毎に段階的に上昇させる。このON閾回転数Nbを一定時間毎に段階的に上昇する制御ではなく、ヒータON閾回転数Nbを連続的に上昇させるようにしてもよい。
なお、ヒータON閾値変更開始回転数Ncは、発電機7からの発電電流値が、始動時に起動インバータから発電機7に流すモータリングのための電流値を超える発電を開始する回転数とする。このようにすることで発電開始までを確実にモータリングして、その後はエンジン回転数をスムーズ上昇することができる。
Thereafter, when the heater 9 reaches the heater ON threshold change start rotational speed Nc while the electric load (the surplus power heater 19) operates while the engine 9 is accelerated, the heater ON to the surplus power heater 19 is thereafter performed by the heater ON threshold rotational speed Nb. The heater ON threshold rotation speed Nb is increased step by step at regular intervals. The heater ON threshold rotation speed Nb may be continuously increased instead of the control for increasing the ON threshold rotation speed Nb in steps at regular intervals.
The heater ON threshold change start rotation speed Nc is set to a rotation speed at which the generated current value from the generator 7 starts to generate power exceeding the current value for motoring that flows from the startup inverter to the generator 7 at the start. By doing so, motoring can be reliably performed until the start of power generation, and thereafter the engine speed can be increased smoothly.

すなわち、ヒータON閾回転数Nbを一定時間毎に段階的に上昇させるようにして、余剰電力ヒータ19のONタイミングを実際のエンジン回転数の上昇よりも高い回転数に設定して、余剰電力ヒータ19のON作動率を減らして電気負荷を減少させて、エンジン回転数を徐々に増加させるようにする。ヒータON閾回転数Nbを一定時間毎に段階的に上昇させることによって図6に示すように段階的に発電機の負荷を減少させることができる。なお、ヒータON閾回転数Nbを一定時間毎に段階的に上昇させるのではなく、連続的に上昇してもよい。   That is, the heater ON threshold rotation speed Nb is increased stepwise at regular intervals, the ON timing of the surplus power heater 19 is set to a speed higher than the actual increase in engine speed, and the surplus power heater is set. The ON operation rate of 19 is reduced to reduce the electric load, and the engine speed is gradually increased. By increasing the heater ON threshold rotation speed Nb in steps at regular intervals, the load on the generator can be reduced in steps as shown in FIG. It should be noted that the heater ON threshold rotation speed Nb may be increased continuously instead of being increased stepwise at regular intervals.

なお、ヒータON閾回転数Nbを時間とともに上昇させる制御に代えて、余剰電力ヒータ19の消費電力自体を時間とともに減少させることによって、余剰電力ヒータ19のON作動率を減らして電気負荷の上昇率を減少させて、エンジン回転数を徐々に増加させるようにしてもよい。
余剰電力ヒータ19の消費電力自体を時間とともに減少させる制御は、余剰電力ヒータ19への通電を制御する半導体スイッチ59によって通電のONデューティ率を低下させる制御によって行う。
Instead of the control for increasing the heater ON threshold rotation speed Nb with time, the power consumption itself of the surplus power heater 19 is decreased with time, thereby reducing the ON operation rate of the surplus power heater 19 and increasing the electric load. May be decreased to gradually increase the engine speed.
The control for reducing the power consumption itself of the surplus power heater 19 with time is performed by the control for reducing the ON duty ratio of energization by the semiconductor switch 59 that controls energization to the surplus power heater 19.

以上のように、余剰電力ヒータ19へのONによって、回転数の増加は抑制されるが、長時間通電を続けるとエンジンの昇速の妨げとなるため、ヒータON閾回転数Nbを時間とともに上げ、もしくは余剰電力ヒータ19の消費電力を低減することで、電気負荷を減少させて、エンジン回転数を徐々に増加できる。
回転数を上昇させる制御が可能になるので、エンジン9の温態状態での始動が開始されると同時に、余剰電力ヒータ19への投入をONし、その後ON、OFF制御を繰り返すことによって、エンジン9の回転数を上昇、下降の制御できるため、実施形態1のように一定消費電力の余剰電力ヒータ19を投入するだけの制御に比べて、定格回転数Nへ短時間に迅速に移行できるようになる。
As described above, the increase in the rotational speed is suppressed by turning on the surplus electric power heater 19, but if the energization is continued for a long time, the engine speed-up is hindered, so the heater ON threshold rotational speed Nb is increased with time. Alternatively, by reducing the power consumption of the surplus power heater 19, the electric load can be reduced and the engine speed can be gradually increased.
Since it is possible to control to increase the number of revolutions, the engine 9 is started in the warm state, and at the same time, the surplus power heater 19 is turned on, and then the ON and OFF control is repeated, whereby the engine 9 can be controlled to increase / decrease, so that it is possible to quickly shift to the rated rotation speed N 0 in a short time compared to the control in which the surplus power heater 19 with constant power consumption is turned on as in the first embodiment. It becomes like this.

(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態として余剰電力ヒータ19をONするタイミングの変形例を説明する。
オイル温度の閾値近傍では、エンジンの個体差によって過回転するものや過回転しないものがある。これを防ぐために、単に過回転判断回転数Naを超えた場合に余剰電力ヒータ19をONするようにする。
(Third embodiment)
Next, a modified example of timing for turning on the surplus power heater 19 will be described as a third embodiment.
In the vicinity of the oil temperature threshold, there are those that over-rotate and those that do not over-rotate due to individual differences in the engine. In order to prevent this, the surplus electric power heater 19 is simply turned on when the overspeed determination speed Na is exceeded.

そして、過回転判断回転数Naを超えてさらに回転数があがる場合は、余剰電力ヒータ19の負荷を過回転の度合いに応じてさらに発電機7に負荷を投入することで、回転上昇を抑える。   When the rotational speed further increases beyond the over-rotation determination rotational speed Na, the load of the surplus power heater 19 is further charged to the generator 7 in accordance with the degree of over-rotation to suppress the increase in rotation.

(第4の実施形態)
実施形態1、2、3においては、ガスエンジン9の回転数、すなわち発電機7の回転数信号によって余剰電力ヒータ19のON、OFFの制御を行ったが、本第4実施形態では、回転数ではなく発電機7から発電される発電電圧を電圧検出器104によって直接検出して制御してもよい。
すなわち、ヒータON閾電圧値Vbを予め設定して、そのヒータON閾電圧値Vbに発電機7の出力電圧が達したときに余剰電力ヒータ19への通電を開始するようにしてもよく、さらに、その後ヒータON閾電圧値Vbを1〜7秒間隔ごとに、例えば10V刻みに上げてもいく制御をしてもよい。ヒータON閾値変更開始電圧値Vcは、前記回転数Ncの設定と同様に、発電機7からの発電電流値が、始動時に起動イバータから発電機7に流すモータリングのための電流値を超える発電を開始した電圧値とする。
(Fourth embodiment)
In the first, second, and third embodiments, the surplus power heater 19 is controlled to be turned on and off by the rotational speed of the gas engine 9, that is, the rotational speed signal of the generator 7, but in the fourth embodiment, the rotational speed is controlled. Instead, the generated voltage generated from the generator 7 may be directly detected and controlled by the voltage detector 104.
That is, the heater ON threshold voltage value Vb may be set in advance, and when the output voltage of the generator 7 reaches the heater ON threshold voltage value Vb, energization of the surplus power heater 19 may be started. Thereafter, the heater ON threshold voltage value Vb may be controlled to be increased, for example, in increments of 10 V every 1 to 7 seconds. As with the setting of the rotation speed Nc, the heater ON threshold change start voltage value Vc is such that the generated current value from the generator 7 exceeds the current value for motoring that flows from the startup inverter to the generator 7 at the start. Is the voltage value at which.

具体的には、このように電圧を基準として制御する場合の例として、ヒータON閾電圧値Vbを次の式(1)によって算出および設定する。

Figure 0005260085
なお、VuはU相系統電圧(V)であり、VvはV相系統電圧(V)である。そして、ヒータ電圧閾値範囲を320〜410(V)の範囲に設定している。 Specifically, the heater ON threshold voltage value Vb is calculated and set according to the following equation (1) as an example of control based on the voltage as described above.

Figure 0005260085
Vu is the U-phase system voltage (V), and Vv is the V-phase system voltage (V). And the heater voltage threshold value range is set to the range of 320-410 (V).

なお、ヒータON閾回転数Nb、過回転判断回転数(始動時許容回転数)Na
に対応する、ヒータON閾電圧値Vb、過回転判断電圧値(始動時許容電圧値)Vaは、予め計算されて始動回転数・負荷設定部110に設定されている。
Heater ON threshold rotation speed Nb, over-rotation judgment rotation speed (allowable rotation speed at start-up) Na
The heater ON threshold voltage value Vb and the over-rotation determination voltage value (starting allowable voltage value) Va corresponding to are calculated in advance and set in the starting rotation speed / load setting unit 110.

本実施形態によれば、発電電圧の過昇状態を発電機の出力である発電電圧から直接検出して制御するので、エンジン温態時の発電機の過回転を確実に防止できる。   According to this embodiment, since the excessive rise state of the generated voltage is directly detected and controlled from the generated voltage that is the output of the generator, it is possible to reliably prevent the generator from over-rotating when the engine is warm.

(第5の実施形態)
第5実施形態においては、エンジンの運転に関連する大気圧、大気温度、空気湿度等の環境状態及びエンジンの潤滑油温度によって、過回転判断回転数(始動時許容回転数)Na、過回転判断電圧値(始動時許容電圧値)Va、ヒータON閾回転数Nb、ヒータON閾電圧値Vb、及び余剰電力ヒータ19の設定消費電力値(デューティ比)等について学習補正をして、安定的な始動を行う。
(Fifth embodiment)
In the fifth embodiment, over-rotation determination rotational speed (permissible rotational speed at start-up) Na, over-rotation determination is made according to environmental conditions related to engine operation, such as atmospheric pressure, atmospheric temperature, air humidity, and engine lubricating oil temperature. Learning correction is performed for the voltage value (allowable voltage value at start-up) Va, the heater ON threshold rotation speed Nb, the heater ON threshold voltage value Vb, the set power consumption value (duty ratio) of the surplus power heater 19, and the like. Start.

図4の制御ブロック図において、前記オイル温度センサ100からのエンジン9出口の潤滑油温度の検出値、及び前記環境状態センサ102からのエンジン9の運転に関連する大気圧、大気温度、空気湿度等の環境状態の検出値は、前記始動制御手段63の始動時回転数・負荷制御部112にそれぞれ入力される。   In the control block diagram of FIG. 4, the detected value of the lubricating oil temperature at the outlet of the engine 9 from the oil temperature sensor 100, the atmospheric pressure, the atmospheric temperature, the air humidity, etc. related to the operation of the engine 9 from the environmental state sensor 102. The detected value of the environmental state is input to the starting rotation speed / load control unit 112 of the starting control means 63, respectively.

また、図4の始動条件記憶部114には、前記のようにして入力された環境状態センサ102からのエンジンの運転に関連する大気圧、大気温度、空気湿度等の環境状態のデータが、エンジンの運転実績等と対応づけて蓄積されている。
さらに、始動条件記憶部114には、この環境状態と前記始動時許容回転数Na、始動時許容電圧値Va、ヒータON閾回転数Nb、ヒータON閾電圧値Vb、及び余剰電力ヒ
ータ19の消費電力値(デューティ比)との補正値の関係が設定されている。
さらに、始動条件記憶部114には、オイル温度センサ100から入力される、エンジン9の出口のエンジンオイル温度の検出データが、エンジンの運転実績等と対応つけて蓄積され、この潤滑油温度と前記始動時許容回転数Na、始動時許容電圧値Va、ヒータON閾回転数Nb、ヒータON閾電圧値Vb、及び余剰電力ヒータ19の消費電力値(デューティ比)との補正値の関係が設定されている。
Further, in the starting condition storage unit 114 of FIG. 4, environmental state data such as atmospheric pressure, atmospheric temperature, and air humidity related to the operation of the engine from the environmental state sensor 102 input as described above is stored in the engine. It is accumulated in association with the actual driving performance.
Further, in the start condition storage unit 114, the environmental state, the allowable start rotation speed Na, the start allowable voltage value Va, the heater ON threshold rotation speed Nb, the heater ON threshold voltage value Vb, and the consumption of the surplus power heater 19 are stored. The relationship between the power value (duty ratio) and the correction value is set.
Further, the detection data of the engine oil temperature at the outlet of the engine 9 input from the oil temperature sensor 100 is accumulated in the starting condition storage unit 114 in association with the operation results of the engine and the like. The relationship between the correction value with the allowable rotation speed Na at the start, the allowable voltage value Va at the start, the heater ON threshold rotation speed Nb, the heater ON threshold voltage value Vb, and the power consumption value (duty ratio) of the surplus power heater 19 is set. ing.

前記始動時回転数・負荷制御部112においては、前記環境状態センサ102からの環境状態検出値及びオイル温度センサ100からの潤滑油温度の検出値と、前記始動条件記憶部114に蓄積されている環境状態の蓄積データ及び潤滑油温度の蓄積データとを対比して、次の条件設定の補正演算を行う。   In the starting rotation speed / load control unit 112, the environmental state detection value from the environmental state sensor 102 and the detected value of the lubricating oil temperature from the oil temperature sensor 100 are accumulated in the starting condition storage unit 114. Comparing the accumulated data of the environmental condition and the accumulated data of the lubricating oil temperature, the correction calculation of the following condition setting is performed.

たとえば前記環境状態検出値のうち大気温度の検出値が、前記始動条件記憶部114に蓄積された大気温度データの平均値よりも高い場合は、大気温度が上昇すると過回転が起こり易いので、前記始動時許容回転数Na(Va)、ヒータON閾回転数Nb(Vb)を前記第1〜4実施形態での設定値よりも低い回転数に設定し、必要に応じて余剰電力ヒータ19の消費電力値(デューティ比)を大きくする。
尚、前記大気温度の検出値が前記大気温度データの平均値よりも低い場合には、前記始動時許容回転数Na(Va)、ヒータON閾回転数Nb(Vb)及び余剰電力ヒータ19の消費電力値(デューティ比)の補正は行わなくてもよい。
すなわち、低い場合には、潤滑油のフリクションが大きくなる方向に作用するため過回転の問題が生じにくいためである。
For example, when the detected value of the ambient temperature among the detected environmental state values is higher than the average value of the ambient temperature data accumulated in the start condition storage unit 114, an overspeed is likely to occur when the ambient temperature rises. Allowable starting rotation speed Na (Va) and heater ON threshold rotation speed Nb (Vb) are set to a rotation speed lower than the set values in the first to fourth embodiments, and consumption of surplus power heater 19 is performed as necessary. Increase the power value (duty ratio).
When the detected value of the atmospheric temperature is lower than the average value of the atmospheric temperature data, the allowable rotational speed Na (Va) at the start, the heater ON threshold rotational speed Nb (Vb), and the consumption of the surplus power heater 19 The power value (duty ratio) need not be corrected.
In other words, when it is low, the problem is that the problem of overspeed is unlikely to occur because the friction of the lubricating oil increases.

また、たとえば潤滑油温度の検出値が前記始動条件記憶部114に蓄積された潤滑油温度データの平均値よりも上昇している場合は、潤滑油温度が上昇すると過回転が起こり易いので、前記始動時許容回転数Na(Va)、ヒータON閾回転数Nb(Vb)を前記第1〜4実施形態での設定値よりも低い回転数に設定し、必要に応じて余剰電力ヒータ19の消費電力値(デューティ比)を大きくする。
尚、前記潤滑油温度の検出値が前記潤滑油温度データの平均値よりも低い場合には、前記始動時許容回転数Na(Va)、ヒータON閾回転数Nb(Vb)及び余剰電力ヒータ19の消費電力値(デューティ比)の補正は行わなくてもよい。
すなわち、低い場合には、潤滑油のフリクションが大きくなる方向に作用するため過回転の問題が生じにくいためである。
Further, for example, when the detected value of the lubricating oil temperature is higher than the average value of the lubricating oil temperature data accumulated in the starting condition storage unit 114, an overspeed is likely to occur when the lubricating oil temperature rises. Allowable starting rotation speed Na (Va) and heater ON threshold rotation speed Nb (Vb) are set to a rotation speed lower than the set values in the first to fourth embodiments, and consumption of surplus power heater 19 is performed as necessary. Increase the power value (duty ratio).
When the detected value of the lubricating oil temperature is lower than the average value of the lubricating oil temperature data, the allowable starting rotational speed Na (Va), the heater ON threshold rotational speed Nb (Vb), and the surplus power heater 19 The power consumption value (duty ratio) may not be corrected.
In other words, when it is low, the problem is that the problem of overspeed is unlikely to occur because the friction of the lubricating oil increases.

以上の第5実施形態によれば、エンジン9の運転に関連する大気圧、大気温度、空気湿度等の環境状態及びエンジン9の潤滑油温度と、前記始動時許容回転数Na(Va)、ヒータON閾回転数Nb(Vb)及び余剰電力ヒータ19の消費電力値(デューティ比)との関係を、エンジン(9)の運転実績等と対応付けて取得して蓄積しておき、かかる蓄積データを用いて、エンジン9の温態始動時には、エンジン回転数及びエンジン負荷を前記始動時許容回転数Na(Va)、ヒータON閾回転数Nb(Vb)及び余剰電力ヒータ19の消費電力値(デューティ比)を制御するので、エンジン9の始動時における過回転の回避を効果的に得ることができる。前記蓄積データを用いる学習効果によって正確に設定でき、前記環境状態及びエンジンの潤滑油温度のばらつきによる始動性のばらつきの発生や危険始動の発生を回避できる。   According to the fifth embodiment described above, the environmental conditions related to the operation of the engine 9, such as atmospheric pressure, atmospheric temperature, and air humidity, the lubricating oil temperature of the engine 9, the allowable rotational speed Na (Va) at the start, and the heater The relationship between the ON threshold rotation speed Nb (Vb) and the power consumption value (duty ratio) of the surplus power heater 19 is acquired and stored in association with the operation results of the engine (9), and the stored data is stored. When the engine 9 is warm-started, the engine speed and the engine load are set to the allowable start speed Na (Va), the heater ON threshold speed Nb (Vb), and the power consumption value (duty ratio) of the surplus power heater 19. ) Is effectively controlled to avoid over-rotation when the engine 9 is started. It can be set accurately by the learning effect using the accumulated data, and it is possible to avoid the occurrence of variations in startability due to variations in the environmental conditions and engine lubricating oil temperature and the occurrence of dangerous starting.

本発明によれば、エンジンによって発電機が直接駆動されるとともに、電圧調整機能が装着されてなく発電機の回転数に比例的に発電電圧が上昇する発電装置において、エンジンの始動時、特に温態始動時に発電機が過回転して発電電圧が過昇になることを抑えて、インバータの破損等を防止するエンジン始動装置および始動方法を得ることができるので、コジェネレーション装置等の発電機を駆動するエンジン始動装置への適用に際して有益である。   According to the present invention, in the power generator in which the generator is directly driven by the engine and the voltage adjustment function is not mounted and the generated voltage rises in proportion to the rotational speed of the generator, the temperature is particularly high when the engine is started. It is possible to obtain an engine starting device and a starting method for preventing the inverter from being damaged by preventing the generator from over-rotating at the time of starting the state and preventing the inverter from being damaged. This is useful when applied to a driving engine starter.

本願発明が適用される家庭用のコジェネレーション装置の概要構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the domestic cogeneration apparatus to which this invention is applied. コジェネレーション装置の給電部のブロック構成図である。It is a block block diagram of the electric power feeding part of a cogeneration apparatus. ガスエンジンの全体構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the whole structure of a gas engine. 始動制御手段を示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows a starting control means. 第1実施形態におけるエンジン始動時におけるエンジン回転数及び発電出力(エンジン負荷)の時間変化を示すチャート図である。It is a chart figure which shows the time change of the engine speed at the time of engine starting in a 1st embodiment, and power generation output (engine load). 第2実施形態におけるエンジン始動時におけるエンジン回転数及び発電出力(エンジン負荷)の時間変化を示すチャート図である。It is a chart figure which shows the time change of the engine speed at the time of engine starting in a 2nd embodiment, and power generation output (engine load).

符号の説明Explanation of symbols

1 コジェネレーション装置
3 給電部
5 給湯部
7 発電機
9 ガスエンジン(エンジン)
11 インバータ
19 余剰電力ヒータ
59 半導体スイッチ
63 始動制御手段
65 エンジン制御手段
67 電気負荷制御手段
88 スロットル弁
92 ガス量調整弁
96 エンジン回転数検出器
98 負荷検出器
100 オイル温度センサ
102 環境状態センサ
104 電圧検出器
110 始動回転数・負荷設定部
112 始動回転数・負荷制御部
114 始動条件記憶部
Na 過回転判断回転数(始動時許容回転数)
Nb ヒータON閾回転数
Va 過回転判断電圧値(始動時許容電圧値)
Vb ヒータON閾電圧値
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cogeneration apparatus 3 Electric power feeding part 5 Hot water supply part 7 Generator 9 Gas engine (engine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Inverter 19 Surplus electric power heater 59 Semiconductor switch 63 Start-up control means 65 Engine control means 67 Electric load control means 88 Throttle valve 92 Gas amount adjustment valve 96 Engine speed detector 98 Load detector 100 Oil temperature sensor 102 Environmental condition sensor 104 Voltage Detector 110 Start speed / load setting section 112 Start speed / load control section 114 Start condition storage section Na Over-rotation judgment speed (allowable speed at start-up)
Nb Heater ON threshold rotation speed Va Over-rotation judgment voltage value (allowable voltage value at start)
Vb Heater ON threshold voltage value

Claims (9)

発電機を駆動する発電機用エンジンの始動装置において、
エンジンに直結されるとともに、発電電圧調整機能を有さずに発電機の回転に比例的に発電電圧が出力される発電装置を備え、
エンジン回転数が予め設定された始動時許容回転数以下になるように、前記発電機に電気負荷を投入して発電負荷を増大する始動制御手段と、
前記エンジンの排熱によって加熱される給湯装置が設けられ、給湯指令によってエンジンの始動を検出し、およびエンジンオイル温度センサからの検出信号に基づいて、所定温度以上の場合にはエンジンが温態状態にあると判断する温態始動検出手段と、を備え、
該温態始動検出手段によって温態時における始動を検出したとき、前記始動制御手段を作動させることを特徴とする発電用エンジンの始動装置。
In the starting device for the generator engine that drives the generator,
It is directly connected to the engine and has a power generation device that does not have a power generation voltage adjustment function and outputs a power generation voltage in proportion to the rotation of the generator.
Start control means for increasing the power generation load by applying an electric load to the generator so that the engine speed is equal to or less than a preset allowable engine speed at start ;
A hot water supply device is provided that is heated by exhaust heat of the engine, detects engine start by a hot water supply command, and based on a detection signal from an engine oil temperature sensor, the engine is in a warm state when the temperature is equal to or higher than a predetermined temperature. A warm start detection means for determining that
A starter for a power generation engine , wherein the start control means is operated when the warm start detection means detects a start in a warm state .
前記始動制御手段の電気負荷が余剰電力ヒータへの通電であることを特徴とする請求項1記載の発電用エンジンの始動装置。 2. The starter for a power generation engine according to claim 1, wherein the electric load of the start control means is energization of a surplus power heater . 前記給湯装置の給湯加熱源として前記排熱に加えて前記余剰電力ヒータが設置され、前記電気負荷投入時に該余剰電力ヒータに通電せしめることを特徴とする請求項2記載の発電用エンジンの始動装置。 The starter for a power generation engine according to claim 2, wherein the surplus power heater is installed in addition to the exhaust heat as a hot water supply heating source of the hot water supply apparatus, and the surplus power heater is energized when the electric load is turned on. . 前記電気負荷の投入を前記発電機出力電圧によって制御することを特徴とする請求項1または2記載の発電用エンジンの始動装置。 3. The starting device for a power generation engine according to claim 1, wherein the electric load is controlled by the generator output voltage . 前記発電機出力電圧が閾値電圧以上のときに前記電気負荷をONするとともに、前記閾値を時間とともに上げることを特徴とする請求項4記載の発電用エンジンの始動装置。 5. The starter for a power generation engine according to claim 4, wherein when the generator output voltage is equal to or higher than a threshold voltage, the electric load is turned on and the threshold is increased with time . 前記発電機出力電圧が閾値電圧以上のときに前記電気負荷をONするとともに、前記電気負荷の投入後に時間とともに該電気負荷を減らすことを特徴とする請求項4記載の発電用エンジンの始動装置。 5. The starter for a power generation engine according to claim 4, wherein the electric load is turned on when the generator output voltage is equal to or higher than a threshold voltage, and the electric load is reduced with time after the electric load is turned on . 前記始動制御手段はエンジンの出力を制御するエンジン制御手段を有し、前記電気負荷の投入後に前記始動時許容回転数を超える場合に前記エンジン制御手段によって吸気スロットルを絞ることを特徴とする請求項1記載の発電用エンジンの始動装置。 The start control means includes engine control means for controlling an output of an engine, and the intake air throttle is throttled by the engine control means when the start-up allowable rotational speed is exceeded after the electric load is applied. The starter for a power generation engine according to 1 . 前記始動制御手段はエンジンの出力を制御するエンジン制御手段を有し、前記電気負荷の投入後に前記始動時許容回転数を超える場合に前記エンジン制御手段によってエンジンへの供給燃料を制限することを特徴とする請求項1記載の発電用エンジンの始動装置。 The start control means has engine control means for controlling engine output, and the engine control means limits fuel supplied to the engine when the start allowable rotation speed is exceeded after the electric load is applied. The power generation engine starter according to claim 1 . 発電機を駆動する発電機用エンジンの始動方法において、
エンジンに直結されるとともに、発電電圧調整機能を有さずに発電機の回転に比例的に発電電圧が出力される発電装置が設けられ、
前記エンジンの排熱によって加熱される給湯装置が設けられ、給湯指令によってエンジンの始動を検出し、およびエンジンオイル温度センサからの検出信号に基づいて、所定温度以上の温態状態を検出したとき、
エンジン回転数が予め設定された始動時許容回転数以下になるように、前記発電機に電気負荷を投入して発電負荷を増大することを特徴とする発電用エンジンの始動方法
In the starting method of the generator engine for driving the generator,
A power generation device is provided that is directly connected to the engine and that does not have a power generation voltage adjustment function and outputs a power generation voltage in proportion to the rotation of the generator.
When a hot water supply device that is heated by the exhaust heat of the engine is provided, the start of the engine is detected by a hot water supply command, and based on the detection signal from the engine oil temperature sensor, a temperature state of a predetermined temperature or more is detected,
A method for starting a power generation engine, comprising: adding an electric load to the generator to increase the power generation load so that the engine speed is equal to or less than a preset allowable start speed .
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