JP2015071982A - Control device of gas engine - Google Patents
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Abstract
【課題】 ガスエンジンコージェネレーションシステムまたはGHPに使用されるガスエンジンの効率を向上することができるガスエンジンの制御装置を提供すること。【解決手段】 エンジン制御装置30は、ミラーサイクル運転時におけるガスエンジン11の回転数に対する出力特性に基づいて、要求電気エネルギー量Hに相当する電気エネルギー量をガスエンジンコージェネレーションシステム1が生成できるように、ガスエンジン11の回転数を制御する回転数制御部31と、予測熱エネルギー量H1が要求熱エネルギー量H以上である場合にガスエンジン11の運転状態がミラーサイクル運転となり、予測熱エネルギー量H1が要求熱エネルギー量H未満である場合にガスエンジンの運転状態がノーマルサイクル運転となるように、ガスエンジン11の運転状態を制御する運転状態制御部32とを備える。【選択図】 図8PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas engine control device capable of improving the efficiency of a gas engine used in a gas engine cogeneration system or GHP. An engine control device 30 enables a gas engine cogeneration system 1 to generate an electric energy amount corresponding to a required electric energy amount H based on output characteristics with respect to the rotational speed of a gas engine 11 during a mirror cycle operation. In addition, the rotational speed control unit 31 that controls the rotational speed of the gas engine 11 and the operation state of the gas engine 11 is the mirror cycle operation when the predicted thermal energy amount H1 is equal to or greater than the required thermal energy amount H. An operation state control unit 32 that controls the operation state of the gas engine 11 is provided so that the operation state of the gas engine becomes a normal cycle operation when H1 is less than the required heat energy amount H. [Selection] Figure 8
Description
本発明はガスエンジンの制御装置に関し、特に、ガスエンジンコージェネレーションシステムまたはガスヒートポンプに使用されるガスエンジンの制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a gas engine, and more particularly to a control device for a gas engine used in a gas engine cogeneration system or a gas heat pump.
ガスエンジンコージェネレーションシステムは、ガスエンジンの駆動出力(回転出力)を利用して発電機を駆動させることによって電気エネルギーを生成するとともに、ガスエンジンの排熱を利用(回収)することによって熱エネルギーを生成する。特許文献1、2は、蓄熱式ガスエンジンコージェネレーションシステムを開示する。
The gas engine cogeneration system generates electrical energy by driving a generator using the driving output (rotational output) of the gas engine, and uses (recovers) the exhaust heat of the gas engine to generate thermal energy. Generate.
(発明が解決しようとする課題)
ガスエンジンコージェネレーションシステムに使用されるガスエンジンは、通常は、一定の電気エネルギー量を取り出すことができるように一定のエンジン回転数で運転される。しかしながら、電気負荷からガスエンジンコージェネレーションシステムに要求される電気エネルギー量(要求電気エネルギー量)は変動する。そこで、生成した電気エネルギー量が要求電気エネルギー量よりも多いときには、余剰の電気エネルギーを熱エネルギーに変換し、変換した熱エネルギーを熱負荷に供給するように構成されたガスエンジンコージェネレーションシステムが提案される。しかし、熱負荷からガスエンジンコージェネレーションシステムに要求される熱エネルギー量(要求熱エネルギー量)が少ないとき、あるいは熱エネルギーが不必要であるときには、変換した熱エネルギーは無駄に消費される。つまり、生成した電気エネルギー量が要求電気エネルギー量よりも多く、且つ熱エネルギーが要求されていない状況においては、従来のガスエンジンコージェネレーションシステムは効率の悪い運転を強いられる。
(Problems to be solved by the invention)
A gas engine used in a gas engine cogeneration system is normally operated at a constant engine speed so that a constant amount of electrical energy can be extracted. However, the amount of electrical energy required from the electric load to the gas engine cogeneration system (the amount of required electrical energy) varies. Therefore, a gas engine cogeneration system configured to convert surplus electrical energy into heat energy and supply the converted heat energy to a heat load when the amount of generated electric energy is larger than the required amount of electric energy is proposed. Is done. However, when the amount of heat energy required for the gas engine cogeneration system from the heat load (required heat energy amount) is small or when heat energy is unnecessary, the converted heat energy is wasted. In other words, in a situation where the amount of generated electric energy is greater than the required amount of electric energy and no thermal energy is required, the conventional gas engine cogeneration system is forced to operate inefficiently.
上記のような状況を回避するため、要求電気エネルギー量に見合うだけの電気エネルギーを生成するようにガスエンジンのエンジン回転数を制御することが考えられる。しかし、安定した発電出力を継続的に供給するための回転数の下限が存在する。したがって、下限の回転数でガスエンジンを運転したときに生成される電気エネルギー量よりも要求電気エネルギー量が小さい場合には、ガスエンジンの運転効率が悪化する。そこで、ガスエンジンの負荷率を下げ、ガスエンジンを部分負荷運転することが考えられるが、一般にエンジンの部分負荷運転は効率が悪いので、高効率での運転ができない。 In order to avoid the situation as described above, it is conceivable to control the engine speed of the gas engine so as to generate electric energy corresponding to the required electric energy amount. However, there is a lower limit of the rotational speed for continuously supplying a stable power generation output. Therefore, when the required electric energy amount is smaller than the electric energy amount generated when the gas engine is operated at the lower limit rotation speed, the operation efficiency of the gas engine is deteriorated. Therefore, it is conceivable to reduce the load factor of the gas engine and perform partial load operation of the gas engine. However, since partial load operation of the engine is generally inefficient, it cannot be operated with high efficiency.
また、ガスエンジンは、GHP(ガスヒートポンプ)にも使用される。GHPに使用されるガスエンジンの回転数は、運転状況や空調負荷変動に応じて変動する。この場合も上記の状況と同じように、効率の悪い部分負荷運転を行う状況が発生するため、やはり十分に効率を向上させることはできない。 The gas engine is also used for GHP (gas heat pump). The number of revolutions of the gas engine used for GHP varies according to operating conditions and air conditioning load variation. In this case as well, as in the above situation, a situation in which inefficient partial load operation is performed occurs, so that the efficiency cannot be sufficiently improved.
本発明は、ガスエンジンコージェネレーションシステムまたはGHPに使用されるガスエンジンを高効率に運転することができ、なおかつ要求されるエネルギーを供給することができるようにガスエンジンを制御するガスエンジンの制御装置を提供することを目的とする。 The present invention relates to a gas engine control apparatus for controlling a gas engine so that the gas engine used in the gas engine cogeneration system or GHP can be operated with high efficiency and can supply the required energy. The purpose is to provide.
(課題を解決するための手段)
本発明は、電気エネルギーおよび熱エネルギーを生成するガスエンジンコージェネレーションシステムに使用され、膨張比と圧縮比が等しくなるような熱力学的サイクルを実現するノーマルサイクル運転と膨張比が圧縮比よりも大きくなるような熱力学的サイクルを実現するミラーサイクル運転とに運転状態を切換可能であり、駆動出力が電気エネルギーに利用されるとともに排熱が熱エネルギーに利用されるガスエンジンの制御装置であって、ミラーサイクル運転時におけるガスエンジンの回転数に対する出力特性に基づいて、ガスエンジンコージェネレーションシステムへの要求電気エネルギー量に相当する電気エネルギー量をガスエンジンコージェネレーションシステムが生成できるように、ガスエンジンの回転数を制御する回転数制御部と、回転数制御部により制御された回転数でガスエンジンをミラーサイクル運転させた場合にガスエンジンコージェネレーションシステムが生成すると予測される予測熱エネルギー量がガスエンジンコージェネレーションシステムへの要求熱エネルギー量以上である場合にガスエンジンの運転状態がミラーサイクル運転となり、予測熱エネルギー量が要求熱エネルギー量未満である場合にガスエンジンの運転状態がノーマルサイクル運転となるように、ガスエンジンの運転状態を制御する運転状態制御部と、を備える、ガスエンジンの制御装置を提供する。この場合、前記回転数制御部は、要求電気エネルギー量が大きいほど回転数が高くなるように、ガスエンジンの回転数を制御するとよい。
(Means for solving the problem)
The present invention is used in a gas engine cogeneration system that generates electric energy and heat energy, and realizes a thermodynamic cycle in which the expansion ratio and the compression ratio are equal, and the normal cycle operation and the expansion ratio are larger than the compression ratio. A control device for a gas engine that can switch an operation state to a mirror cycle operation that realizes a thermodynamic cycle, and that uses drive output for electric energy and exhaust heat for heat energy. Based on the output characteristics with respect to the rotational speed of the gas engine during mirror cycle operation, the gas engine cogeneration system can generate an electric energy amount corresponding to the required electric energy amount for the gas engine cogeneration system. Rotational speed control to control the rotational speed And the predicted thermal energy amount that the gas engine cogeneration system is expected to generate when the gas engine is operated in a mirror cycle at the rotation speed controlled by the rotation speed control section is the required thermal energy to the gas engine cogeneration system If the amount is equal to or greater than the amount, the operation state of the gas engine is Miller cycle operation, and if the predicted heat energy amount is less than the required heat energy amount, the operation state of the gas engine is normal cycle operation. An operating state control unit for controlling the gas engine is provided. In this case, the rotational speed control unit may control the rotational speed of the gas engine so that the rotational speed increases as the required electrical energy amount increases.
本発明によれば、ガスエンジンの回転数が、ミラーサイクル運転時におけるガスエンジンの回転数−出力特性に基づいて、コージェネレーションシステムが要求電気エネルギー量に相当する電気エネルギー量を生成できるように制御される。また、ガスエンジンの運転状態が、回転数制御部により制御された回転数でガスエンジンをミラーサイクル運転させた場合にコージェネレーションシステムが生成すると予測される予測熱エネルギー量と、実際にガスエンジンコージェネレーションシステムに要求されている熱エネルギー量(要求熱エネルギー量)とに基づいて制御される。具体的には、予測熱エネルギー量が要求熱エネルギー量以上の場合にガスエンジンの運転状態がミラーサイクル運転にされ、予測熱エネルギー量が要求熱エネルギー量未満の場合にガスエンジンの運転状態がノーマルサイクル運転にされる。 According to the present invention, the rotational speed of the gas engine is controlled so that the cogeneration system can generate an electrical energy amount corresponding to the required electrical energy amount based on the rotational speed-output characteristic of the gas engine during mirror cycle operation. Is done. In addition, the operating state of the gas engine is predicted to be generated by the cogeneration system when the gas engine is operated in a mirror cycle at the rotation speed controlled by the rotation speed control unit, and the actual gas engine cogeneration is actually generated. It is controlled based on the amount of heat energy required for the generation system (the amount of required heat energy). Specifically, when the predicted heat energy amount is greater than or equal to the required heat energy amount, the gas engine operating state is set to mirror cycle operation, and when the predicted heat energy amount is less than the required heat energy amount, the gas engine operating state is normal. Cycle operation.
つまり、回転数制御部により制御された回転数でガスエンジンをミラーサイクル運転させた場合に生成される熱エネルギーによってコージェネレーションシステムに要求されている熱エネルギーに相当する熱エネルギーを熱負荷に供給できるのであれば、運転状態がミラーサイクル運転にされる。この場合、運転状態がミラーサイクル運転であるので、エンジン効率(熱効率)が向上する。また、ミラーサイクル運転はノーマルサイクル運転と比較して出力が小さいので、回転数制御のみで小さい要求電気エネルギー量に見合った電気エネルギー量をコージェネレーションシステムから電気負荷に供給することができ、効率の悪い部分負荷運転を回避することができる。一方、回転数制御部により制御された回転数でガスエンジンをミラーサイクル運転させた場合に生成される熱エネルギーによって、要求熱エネルギーに相当する熱エネルギーを供給できない場合には、運転状態がノーマルサイクル運転にされる。この場合、運転状態がノーマルサイクル運転であるので、エンジン効率は低下するが、排熱量が増加するために、要求熱エネルギー量に見合うだけの熱エネルギーが生成される。すなわち、本発明によれば、要求電気エネルギー量に応じて制御された回転数でミラーサイクル運転を行うことによる効率的なガスエンジンの運転と、ノーマルサイクル運転を行うことによる十分な熱エネルギーの供給とを両立させることができる。 That is, heat energy corresponding to the heat energy required for the cogeneration system can be supplied to the heat load by the heat energy generated when the gas engine is operated in the mirror cycle at the rotation speed controlled by the rotation speed control unit. In this case, the operation state is set to the mirror cycle operation. In this case, since the operation state is mirror cycle operation, the engine efficiency (thermal efficiency) is improved. In addition, mirror cycle operation has a smaller output than normal cycle operation, so it is possible to supply an electrical load from the cogeneration system to the electrical load that is commensurate with the small required electrical energy amount only by rotational speed control. Bad partial load operation can be avoided. On the other hand, if the heat energy corresponding to the required heat energy cannot be supplied by the heat energy generated when the gas engine is operated in the mirror cycle at the rotation speed controlled by the rotation speed control unit, the operation state is the normal cycle. To drive. In this case, since the operation state is normal cycle operation, the engine efficiency is reduced, but the amount of exhaust heat is increased, so that heat energy corresponding to the required heat energy amount is generated. That is, according to the present invention, efficient gas engine operation by performing mirror cycle operation at a rotational speed controlled according to the required amount of electrical energy and supply of sufficient thermal energy by performing normal cycle operation. Can be made compatible.
また、本発明は、ガスヒートポンプに使用され、膨張比と圧縮比が等しい熱力学的サイクルを実現するノーマルサイクル運転と膨張比が圧縮比よりも大きい熱力学的サイクルを実現するミラーサイクル運転とに運転状態を切換可能であり、駆動出力及び排熱が空調エネルギーに利用されるガスエンジンの制御装置であって、ミラーサイクル運転時におけるガスエンジンの回転数に対する出力特性に基づいて、ガスヒートポンプへの要求空調エネルギー量に相当する空調エネルギーをガスヒートポンプが生成するように、ガスエンジンの回転数を制御する回転数制御部と、ガスヒートポンプの運転状態が大きな空調エネルギー量が必要な運転状態として予め定められた特定運転状態であるときにガスエンジンの運転状態がノーマルサイクル運転となり、ガスヒートポンプの運転状態が特定運転状態でないときにガスエンジンの運転状態がミラーサイクル運転となるように、ガスエンジンの運転状態を制御する運転状態制御部と、を備える、ガスエンジンの制御装置を提供する。この場合、前記回転数制御部は、要求空調エネルギー量が大きいほど回転数が高くなるように、ガスエンジンの回転数を制御するとよい。 In addition, the present invention is used for a gas heat pump, and includes a normal cycle operation that realizes a thermodynamic cycle in which an expansion ratio and a compression ratio are equal, and a mirror cycle operation that realizes a thermodynamic cycle in which the expansion ratio is larger than the compression ratio. It is a gas engine control device that can switch the operation state, and the drive output and exhaust heat are used for air-conditioning energy, and based on the output characteristics with respect to the rotation speed of the gas engine during the mirror cycle operation, The rotational speed control unit that controls the rotational speed of the gas engine so that the gas heat pump generates the air conditioning energy corresponding to the required air conditioning energy amount, and the operation state of the gas heat pump that is determined as an operation state that requires a large amount of air conditioning energy. The normal operation of the gas engine when the specified operating state is And an operation state control unit for controlling the operation state of the gas engine so that the operation state of the gas engine is a mirror cycle operation when the operation state of the gas heat pump is not the specific operation state. I will provide a. In this case, the rotational speed control unit may control the rotational speed of the gas engine so that the rotational speed increases as the required air conditioning energy amount increases.
本発明によれば、ガスエンジンの回転数が、ミラーサイクル運転時におけるガスエンジンの回転数−出力特性に基づいて、ガスヒートポンプが要求空調エネルギー(ガスヒートポンプに要求されている空調エネルギー)に相当する空調エネルギーを生成できるように制御される。また、ガスエンジンの運転状態が、ガスヒートポンプの運転状態に基づいて制御される。具体的には、ガスヒートポンプの運転状態が特定運転状態(大きな空調エネルギー量が必要な運転状態)である場合にはガスエンジンの運転状態がノーマルサイクル運転にされ、特定運転状態でない場合にはガスエンジンの運転状態がミラーサイクル運転にされる。 According to the present invention, the rotation speed of the gas engine corresponds to the required air conditioning energy (air conditioning energy required for the gas heat pump) based on the rotation speed-output characteristic of the gas engine during the mirror cycle operation. Controlled to generate air conditioning energy. Further, the operating state of the gas engine is controlled based on the operating state of the gas heat pump. Specifically, when the operating state of the gas heat pump is a specific operating state (an operating state that requires a large amount of air conditioning energy), the operating state of the gas engine is set to a normal cycle operation, and when the operating state is not the specific operating state, the gas The engine operating state is set to mirror cycle operation.
したがって、基本的には要求空調エネルギー量に応じて回転数が制御されたミラーサイクル運転が実現されるため、効率的にガスエンジンを運転させることができる。しかしながら、ガスエンジンをミラーサイクル運転させた場合、ノーマルサイクル運転の場合よりもエンジン効率は高まるが駆動出力は低下する。このためガスヒートポンプが大きな空調エネルギーを必要としている場合、制御された回転数でミラーサイクル運転させていては、必要な空調エネルギーを作り出すだけの駆動出力を得られない虞が有る。そこで、本発明では、ガスヒートポンプの運転状態が特定運転状態(大きな空調エネルギーを必要とする運転状態)であるときには、運転状態をノーマルサイクル運転にする。これにより、駆動出力が増加するとともに排熱量も増加して、必要とする空調エネルギーを作り出すだけの駆動出力を得ることができる。すなわち、本発明によれば、要求空調エネルギー量に応じて制御された回転数でミラーサイクル運転を行うことによる効率的なガスエンジンの運転と、特定運転状態であるときにノーマルサイクル運転を行うことによる十分な空調エネルギーの供給とを両立させることができる。 Therefore, basically, a mirror cycle operation in which the number of revolutions is controlled according to the required air conditioning energy amount is realized, so that the gas engine can be operated efficiently. However, when the gas engine is operated in the mirror cycle, the engine efficiency is higher than in the normal cycle operation, but the drive output is reduced. For this reason, when the gas heat pump requires a large amount of air conditioning energy, there is a possibility that a driving output sufficient to generate the necessary air conditioning energy cannot be obtained even if the mirror cycle operation is performed at a controlled rotational speed. Therefore, in the present invention, when the operation state of the gas heat pump is a specific operation state (an operation state that requires large air-conditioning energy), the operation state is set to a normal cycle operation. As a result, the drive output increases and the amount of exhaust heat also increases, and a drive output sufficient to produce the required air conditioning energy can be obtained. That is, according to the present invention, efficient gas engine operation by performing mirror cycle operation at a rotational speed controlled according to the required air conditioning energy amount and normal cycle operation when in a specific operation state It is possible to achieve both sufficient air conditioning energy supply.
前記特定運転状態は、ガスヒートポンプの運転が開始されてから所定の時間内である初期運転状態、外気温が予め予め定められた温度以下であるときにガスヒートポンプが暖房運転を実行する低温暖房運転状態、ガスヒートポンプが除霜運転を実行する除霜運転状態、のいずれかであるのがよい。ガスヒートポンプの運転状態が上記した運転状態のいずれかである場合、ガスエンジンをミラーサイクル運転させていては、十分な空調エネルギーを得ることができない。したがって、このようなときにガスエンジンをノーマルサイクル運転させることによって、必要な空調エネルギーを得ることができる。 The specific operation state includes an initial operation state within a predetermined time after the operation of the gas heat pump is started, and a low temperature heating operation in which the gas heat pump performs a heating operation when the outside air temperature is equal to or lower than a predetermined temperature. It is good that it is either a state and the defrost operation state in which a gas heat pump performs a defrost operation. When the operation state of the gas heat pump is one of the above-described operation states, sufficient air-conditioning energy cannot be obtained even if the gas engine is operated in a mirror cycle. Therefore, necessary air-conditioning energy can be obtained by operating the gas engine in a normal cycle at such times.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係るガスエンジンを使用するガスエンジンコージェネレーションシステム1の全体図である。このガスエンジンコージェネレーションシステム1は、例えば家庭、飲食店あるいは福祉施設等に設置され、ガスエンジンの駆動により電気エネルギーおよび熱エネルギーを生成する。そして、生成した電気エネルギーおよび熱エネルギーを電気利用機器(電気負荷)や熱利用機器(熱負荷)に供給する。図1に示すように、ガスエンジンコージェネレーションシステム1は、コージェネレーションユニット10と、排熱回収ユニット20と、エンジン制御装置30とを備える。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is an overall view of a gas
コージェネレーションユニット10は、ガスエンジン11と、発電機12と、インバータ13と、エンジン冷却水回路14と、ポンプ15と、エンジン排熱交換器16とを備える。
The
ガスエンジン11は単気筒の小型エンジンである。燃料ガスとして例えばプロパンガスを用いることができる。ガスエンジン11に回転数センサ11aが取り付けられる。この回転数センサ11aはガスエンジン11のエンジン回転数Rを検出し、検出したエンジン回転数Rを表す情報をエンジン制御装置30に出力する。
The
発電機12はガスエンジン11の出力軸に連結されており、ガスエンジン11の駆動により作動して発電するように構成される。発電機12で生成された直流電力(電気エネルギー)はインバータ13により交流に変換される。
The
インバータ13により直流から交流に変換された電力は、例えば家庭内の分電盤41に供給される。なお、分電盤41には商用電源からの交流電力も供給される。この分電盤41から各電気利用機器(電気負荷)E1〜E6に電力が供給される。インバータ13と分電盤41とを接続する電気配線を流れる電流は、電力測定器42で検出される。電力測定器42は、検出した電流からガスエンジンコージェネレーションシステム1に要求される電気エネルギー量(要求電気エネルギー量)Eを計算し、計算した要求電気エネルギー量Eの大きさを表す情報をエンジン制御装置30に出力する。
The electric power converted from direct current to alternating current by the
エンジン冷却水回路14は内部に冷却水が充填された配管により構成される。エンジン冷却水回路14はガスエンジン11内に形成された冷却水通路に接続される。このエンジン冷却水回路14にポンプ15およびエンジン排熱交換器16が接続される。ポンプ15が駆動すると、エンジン冷却水回路14内の冷却水がガスエンジン11を通過してガスエンジン11を冷却するとともに、ガスエンジン11から排出される排気ガスの熱を吸収する。ガスエンジン11を冷却し且つ排気ガスの熱を吸収して加熱した冷却水は、エンジン排熱交換器16に導入され、このエンジン排熱交換器16内で、後述する排熱回収回路23内を流れる冷媒に熱を受け渡す。
The
排熱回収ユニット20は、温水タンク21と、温水供給装置22と、排熱回収回路23とを備える。温水タンク21内には水道水等の水が供給される。排熱回収回路23は内部に冷媒が充填された配管により構成される。この排熱回収回路23はコージェネレーションユニット10内のエンジン排熱交換器16に接続されるとともに、一部が温水タンク21内を通過する。また、排熱回収回路23にはポンプ24が接続される。ポンプ24が駆動することにより、排熱回収回路23内を冷媒が流れてエンジン排熱交換器16に導入される。このエンジン排熱交換器16内では、前述したように、ガスエンジン11を冷却して加熱した冷却水からの熱が排熱回収回路23内の冷媒に受け渡される。これにより冷媒が加熱される。こうして加熱された冷媒が排熱回収回路23内を流れて温水タンク21内を通過することにより、温水タンク21内の水が加熱される。このようにして、ガスエンジン11の排熱を回収することによって熱エネルギーが生成される。
The exhaust
温水タンク21は温水供給装置22に接続される。温水供給装置22は配管等を介して家庭内の熱利用機器H1(例えば床暖房装置)に接続される。したがって、温水タンク21内の温水は、温水供給装置22を介して家庭内の熱利用機器H1に供給される。温水供給装置22は例えば給湯器であってもよい。また、温水供給装置22は、家庭内の熱利用機器H1からガスエンジンコージェネレーションシステム1に要求される熱エネルギー量(要求熱エネルギー量)Hを計算し、計算した要求熱エネルギー量Hの大きさを表す情報をエンジン制御装置30に出力する。
The
ところで、コージェネレーションユニット10内のガスエンジン11は、その運転状態がノーマルサイクル運転とミラーサイクル運転とに切り換えることが可能であるように構成される。「ノーマルサイクル運転」とは、膨張比と圧縮比が等しくなるような熱力学的サイクルを実現する運転状態であり、「ミラーサイクル運転」とは、膨張比が圧縮比よりも大きい熱力学的サイクルを実現する運転状態である。本実施形態では、ガスエンジン11内の吸気バルブの開閉タイミングがノーマルサイクル運転とミラーサイクル運転とで異なるように、ガスエンジン11が構成される。したがって、ノーマルサイクル運転時に吸気バルブをリフトさせるために使用するカム(ノーマルカム)と、ミラーサイクル運転時に吸気バルブをリフトさせるために使用するカム(ミラーカム)がそれぞれ必要である。また、これらのカムを切り換える切換機構が必要である。
By the way, the
図2および図3は、ガスエンジン11内のカムシャフト付近の構成を示す概略図である。図2および図3に示すように、ガスエンジン11内にはカムシャフト81が回転可能に配設される。カムシャフト81はガスエンジン11の出力軸の回転に連動して回転する。カムシャフト81にカムユニット82が取り付けられる。カムユニット82は、吸気用ミラーカム83、吸気用ノーマルカム84、排気用カム85を有し、これらのカムがそれぞれカムシャフト81の軸方向に沿って並ぶように設けられる。これらのカム83,84,85は、カムシャフト81と一体的に回転する。また、カムシャフト81と平行にロッカーシャフト86がガスエンジン11内に配設される。ロッカーシャフト86に、第1ローラーロッカーアーム871、第2ローラーロッカーアーム872、第3ローラーロッカーアーム873が揺動可能に取り付けられる。これらのローラーロッカーアーム871,872,873は、ロッカーシャフト86の軸方向に沿って並ぶように設けられる。第1ローラーロッカーアーム871のローラR1が吸気用ミラーカム83のカム面に対面接触し、第2ローラーロッカーアーム872のローラR2が吸気用ノーマルカム84のカム面に対面接触し、第3ローラーロッカーアーム873のローラR3が排気用カム85のカム面に対面接触するように、それぞれのローラーロッカーアームがロッカーシャフト86に取り付けられる。
2 and 3 are schematic views showing a configuration in the vicinity of the camshaft in the
また、第1ローラーロッカーアーム871に吸気用プッシュロッド88が取付けられ、第3ローラーロッカーアーム873に排気用プッシュロッド89が取り付けられる。吸気用プッシュロッド88の動作に連動してガスエンジン11内の吸気バルブ90が動作し、排気用プッシュロッド89の動作に連動してガスエンジン11内の排気バルブ91が動作する。
An
第1ローラーロッカーアーム871および第2ローラーロッカーアーム872には、互いに対面するようにそれぞれの対向側面に開口する穴が形成されている。したがって、これらの穴によって、カムシャフト81の軸方向に延びた通路876が形成される。この通路876内に切換機構としてのピン877が挿入される。
The first
ピン877は、図示しない油圧回路からの油圧力を受けて、通路876内での位置を変化することができるように構成される。具体的には、ピン877は、図2に示すように第1ローラーロッカーアーム871と第2ローラーロッカーアーム872とに跨るように、第1ローラーロッカーアーム871内の穴と第2ローラーロッカーアーム872内の穴の双方に挿入された位置(ノーマル位置)と、図3に示すように、ピン877が全て第1ローラーロッカーアーム871内の穴に挿入され第2ローラーロッカーアーム872内の穴には挿入されていない位置(ミラー位置)とに変位可能にされる。
The
本実施形態において、吸気バルブ90は吸気用ミラーカム83と吸気用ノーマルカム84のいずれか一方のカムプロフィルに従って作動し、排気バルブ91は排気用カム85のカムプロフィルに従って作動する。図4は、本実施形態に係るガスエンジン11の排気バルブ91および吸気バルブ90のリフト量の変化を示すグラフである。図4の横軸がクランク角であり、縦軸がリフト量である。また、曲線Aは、排気用カム85のカムプロフィルに従って排気バルブ91が作動した場合における排気バルブ91のリフト量の変化を表す。曲線Bは、吸気用ノーマルカム84のカムプロフィルに従って吸気バルブ90が作動した場合における吸気バルブ90のリフト量の変化(ノーマルプロフィル)を表す。曲線Cは、吸気用ミラーカム83のカムプロフィルに従って吸気バルブ90が作動した場合における吸気バルブ90のリフト量の変化(ミラープロフィル)を表す。
In the present embodiment, the
図4に示すように、吸気用ミラーカム83のカムプロフィルに従って吸気バルブ90が作動した場合は、吸気用ノーマルカム84のカムプロフィルに従って吸気バルブ90が作動した場合に比べ、開弁時間が短い。つまり、吸気用ミラーカム83を使用した場合は、吸気用ノーマルカム84を使用した場合に比べ、吸気バルブ90が早く閉じる。従って、燃焼室内での圧縮行程が短縮される。これにより、膨張比が圧縮比よりも大きいミラーサイクルが実現される。一方、吸気用ノーマルカム84を使用した場合は、圧縮行程における圧縮比と膨張行程における膨張比がほぼ等しくされる。これにより、圧縮比と膨張比とがほぼ等しいノーマルサイクルが実現される。
As shown in FIG. 4, when the
また、図4からわかるように、ミラープロフィルはノーマルプロフィルに包含されている。つまり、ミラープロフィルで表わされる吸気バルブ90のリフト量は、ノーマルプロフィルで表わされる吸気バルブ90のリフト量よりも、常に小さい。
As can be seen from FIG. 4, the mirror profile is included in the normal profile. That is, the lift amount of the
ここで、第1ローラーロッカーアーム871は吸気用ミラーカム83の回転に伴う作動力を受け、第2ローラーロッカーアーム872は吸気用ノーマルカム84の回転に伴う作動力を受けるが、このとき図2に示すようにピン877がノーマル位置にある場合、第1ローラーロッカーアーム871はピン877を介して第2ローラーロッカーアーム872に連結される。そのため第1ローラーロッカーアーム871は第2ローラーロッカーアーム872と連動して動作する。つまり、第1ローラーロッカーアーム871は吸気用ノーマルカム84の回転に伴う作動力をも受ける。上記のようにミラープロフィルはノーマルプロフィルに包含されているので、ピン877がノーマル位置にある場合には、結局ノーマルプロフィルが優先される。そして、第1ローラーロッカーアーム871および吸気用プッシュロッド88は吸気用ノーマルカム84の回転に伴う作動力により揺動する。すなわち、ピン877がノーマル位置にある場合、吸気バルブ90とカムユニット82の接続状態が、吸気用ノーマルカム84のカムプロフィルに従って吸気バルブ90が作動するノーマル接続状態とされる。このためガスエンジンの運転状態がノーマルサイクル運転にされる。
Here, the first
一方、図3に示すようにピン877がミラー位置にある場合、第1ローラーロッカーアーム871と第2ローラーロッカーアーム872はそれぞれ別々に動作する。したがって、第1ローラーロッカーアーム871および吸気用プッシュロッド88は吸気用ミラーカム83の回転に伴う作動力により揺動する。すなわち、ピン877がミラー位置にある場合、吸気バルブ90とカムユニット82との接続状態が、吸気用ミラーカム83のカムプロフィルに従って吸気バルブ90が作動するミラー接続状態とされる。このためガスエンジンの運転状態がミラーサイクル運転にされる。
On the other hand, when the
このように、ピン877は、吸気バルブ90とカムユニット82との接続状態を、ノーマル接続状態とミラー接続状態とに切り換えることができるように作動する。そして、本実施形態に係るガスエンジン11の運転状態は、ピン877の位置をノーマル位置かミラー位置かに切り換えることにより、ノーマルサイクル運転とミラーサイクル運転とに切り換えることができるように構成される。ピン877の位置の制御、すなわち吸気バルブ90とカムユニット82との接続状態、さらに言えばガスエンジン11の運転状態は、エンジン制御装置30により制御される。
As described above, the
エンジン制御装置30は、CPU,ROM,RAM等を備えるマイクロコンピュータにより構成される。上述のように、エンジン制御装置30には、要求電気エネルギー量Eを表す情報が電力測定器42から入力され、ガスエンジン11のエンジン回転数Rを表す情報が回転数センサ11aから入力され、要求熱エネルギー量Hの大きさを表す情報が温水供給装置22から入力される。エンジン制御装置30は入力された情報に基づいて、ガスエンジン11のエンジン回転数および運転状態を制御する。図5は、エンジン制御装置30の機能のうち、本実施形態に関連する部分のみを示すブロック図である。図5に示すように、エンジン制御装置30は、回転数制御部31と運転状態制御部32とを有する。回転数制御部31はガスエンジン11のエンジン回転数を制御する。運転状態制御部32は、ガスエンジン11の運転状態、具体的にはノーマルサイクル運転とミラーサイクル運転との切換(すなわちピン877の位置の切換)を制御する。
The
上記構成のガスエンジンコージェネレーションシステム1において、上記したように、ガスエンジン11が駆動すると、それに伴って発電機12が発電し、発電機12で生成された電気エネルギーが家庭内の電気利用機器E1〜E6に供給される。また、ガスエンジン11の駆動に伴い発生する熱を回収することにより生成された熱エネルギーが温水として家庭内の熱利用機器(熱負荷)H1に供給される。
In the gas
ガスエンジン11の駆動中、エンジン制御装置30の回転数制御部31が回転数制御ルーチンを実行する。図6は、回転数制御部31が実行する回転数制御ルーチンを示すフローチャートである。回転数制御ルーチンが起動すると、回転数制御部31は、まず図6のステップ(以下、ステップをSと略記する)11にて、電力測定器42から入力した要求電気エネルギー量Eを読み出す。次いで、発電機12が要求電気エネルギー量Eに相当する電気エネルギー量を発電するために必要とされるガスエンジン11の駆動出力(必要駆動出力)Tを計算する(S12)。続いて回転数制御部31は、ガスエンジン11をミラーサイクル運転させた場合における、回転数に対する駆動出力の特性線図を参照して、必要駆動出力Tに対応するエンジン回転数を要求回転数Rrとして計算する(S13)。
While the
図7は、ガスエンジン11をミラーサイクル運転させた場合における、回転数に対する駆動出力の特性線図である。図7に示すように、回転数が増加するにつれて、駆動出力も増加する。回転数制御部31は、このような特性線図を参照して、必要駆動出力Tに対応する要求回転数Rrを計算する。
FIG. 7 is a characteristic diagram of the drive output with respect to the rotation speed when the
回転数制御部31は、S13にて要求回転数Rrを計算した後に、計算した要求回転数Rrをガスエンジン11に出力する(S14)。これによりガスエンジン11のエンジン回転数が要求回転数Rrに一致するようにガスエンジン11のエンジン回転数が制御される。その後、回転数制御部31はこのルーチンを終了する。
After calculating the required rotational speed Rr in S13, the rotational
上記のようにして回転数制御部31が回転数制御ルーチンを実行することにより、ガスエンジンコージェネレーションシステム1に要求されている電気エネルギー量Eの大きさに応じてガスエンジン11のエンジン回転数が変化する。具体的には、要求電気エネルギー量Eが小さくなるにつれてエンジン回転数が低くなるように、ガスエンジン11のエンジン回転数が制御される。したがって、要求電気エネルギー量Eの大きさに見合った発電量を得ることができ、無駄な発電を抑えることができる。このためエンジン効率を高めることができる。
As described above, the rotation
また、ガスエンジン11の駆動中、エンジン制御装置30の運転状態制御部32が運転状態制御ルーチンを実行する。図8は、運転状態制御部32が実行する運転状態制御ルーチンを示すフローチャートである。運転状態制御ルーチンが起動すると、運転状態制御部32は、まず図8のS21にて、経過時間tが基準時間t0よりも大きいか否かを判断する。ここで、経過時間tとは、ガスエンジン11が始動してからの経過時間である。また、基準時間t0は、ガスエンジン11が始動してから安定するまでに要する時間として予め定められる。
Further, while the
経過時間tが基準時間t0以下である場合(S21:No)、すなわちガスエンジン11が始動の初期段階であって十分に温められていない(安定していない)場合、運転状態制御部32はS26に処理を進める。S26では、ノーマル運転信号がガスエンジン11に出力される。これによりガスエンジン11内のピン877がノーマル位置に位置するように、ピン877の位置が制御される。このためガスエンジン11の運転状態がノーマルサイクル運転にされる。その後、運転状態制御部32はこのルーチンを終了する。
When the elapsed time t is equal to or less than the reference time t0 (S21: No), that is, when the
また、経過時間tが基準時間t0よりも大きい場合(S21:Yes)、すなわちガスエンジン11が既に十分に温められている(安定している)場合、運転状態制御部32はS22に処理を進める。S22では、運転状態制御部32は、温水供給装置22から入力された要求熱エネルギー量Hを読み出す。次いで、運転状態制御部32は、予測熱エネルギー量H1を計算する(S23)。予測熱エネルギー量とは、回転数制御部31により制御されているエンジン回転数でガスエンジン11をミラーサイクル運転させた場合に、コージェネレーションシステム1にて生成される熱エネルギー量の予測値である。予測熱エネルギー量H1の計算は、例えば、予め、ミラーサイクル運転させているガスエンジン11の回転数と排熱量との関係を調査しておき、その調査結果に基づいて計算することができる。
When the elapsed time t is greater than the reference time t0 (S21: Yes), that is, when the
S23にて予測熱エネルギー量H1を計算した後は、運転状態制御部32は、予測熱エネルギー量H1が要求熱エネルギー量Hよりも大きいか否かを判断する(S24)。予測熱エネルギー量H1が要求熱エネルギー量H以上であると判断した場合(S24:Yes)、運転状態制御部32はS25に処理を進める。S25では、ミラー運転信号がガスエンジン11に出力される。これによりガスエンジン11内のピン877がミラー位置に位置するように、ピン877の位置が制御される。このためガスエンジン11の運転状態がミラーサイクル運転にされる。その後、運転状態制御部32はこのルーチンを終了する。
After calculating the predicted heat energy amount H1 in S23, the operation
また、S24にて、予測熱エネルギー量H1が要求熱エネルギー量H未満であると判断した場合(S24:No)、運転状態制御部32はS26に処理を進める。S26では、ノーマル運転信号がガスエンジン11に出力される。これによりガスエンジン11内のピン877がノーマル位置に位置するように、ピン877の位置が制御される。このためガスエンジン11の運転状態がノーマルサイクル運転にされる。その後、運転状態制御部32はこのルーチンを終了する。
In S24, when it is determined that the predicted heat energy amount H1 is less than the required heat energy amount H (S24: No), the operation
回転数制御部31および運転状態制御部32が上述の制御を実行する結果、要求電気エネルギー量Eが小さいほどエンジン回転数Rが小さくなるようにエンジン回転数が制御されるとともに、予測熱エネルギー量H1が要求熱エネルギー量H以上である場合にガスエンジン11がミラーサイクル運転され、予測熱エネルギー量H1が要求熱エネルギー量H未満である場合にガスエンジン11がノーマルサイクル運転される。
As a result of the above-described control being performed by the rotational
つまり、エンジン制御装置30が上記したようなガスエンジン11の制御を実行することにより、回転数制御部31により制御された回転数でガスエンジン11をミラーサイクル運転させた場合に生成される熱エネルギーによってコージェネレーションシステム1に要求されている熱エネルギーに相当する熱エネルギーを供給できるのであれば、運転状態がミラーサイクル運転にされる。この場合、運転状態がミラーサイクル運転であるので、エンジン効率が向上する。一方、回転数制御部31により制御された回転数でガスエンジン11をミラーサイクル運転させた場合に生成される熱エネルギーによって、要求熱エネルギーに相当する熱エネルギーを供給できない場合には、運転状態がノーマルサイクル運転にされる。この場合、運転状態がノーマルサイクル運転であるので、エンジン効率は低下するが、排熱量が増加するために、要求熱エネルギー量に見合うだけの熱エネルギーが生成される。すなわち、本実施形態によれば、要求電気エネルギー量に応じて制御された回転数でミラーサイクル運転を行うことによる効率的なガスエンジン11の運転と、ノーマルサイクル運転を行うことによる十分な熱エネルギーの供給とを両立させることができる。
That is, the heat energy generated when the
(第2実施形態)
上記第1実施形態においては、ガスエンジン11内に1つの吸気用ミラーカム83が設けられている例を説明したが、ガスエンジン11内に複数(例えば3つ)の吸気用ミラーカムを設け、エンジン回転数に応じて複数の吸気用ミラーカムのうち一つの吸気用ミラーカムを選択するとともに選択した吸気用ミラーカムを用いてガスエンジン11をミラーサイクル運転させても良い。この場合には、ガスエンジン11内のカムシャフト付近の構成を図9に示すようにすればよい。図9によれば、ガスエンジン11内に配設されたカムシャフト81に取付けられたカムユニット82が、吸気用第1ミラーカム831、吸気用第2ミラーカム832、吸気用第3ミラーカム833、吸気用ノーマルカム84、排気用カム85を有し、これらのカムがこの順にカムシャフト81の軸方向に沿って並ぶように設けられる。これらのカム831,832,833,84,85は、カムシャフト81と一体的に回転する。吸気バルブ90は、吸気用のカム831,832,833,834のいずれか一つのカムプロフィルに従って作動し、排気バルブ91は排気用カム85のカムプロフィルに従って作動する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the example in which one
また、カムシャフト81と平行にガスエンジン11内に配設されたロッカーシャフト86に、第1ローラーロッカーアーム871、第2ローラーロッカーアーム872、第3ローラーロッカーアーム873、第4ローラーロッカーアーム874、第5ローラーロッカーアーム875が揺動可能に取り付けられる。これらのローラーロッカーアーム871,872,873,874,875は、ロッカーシャフト86の軸方向に沿ってこの順に並ぶように設けられる。第1ローラーロッカーアーム871のローラR1が吸気用第1ミラーカム831のカム面に対面接触し、第2ローラーロッカーアーム872のローラR2が吸気用第2ミラーカム832のカム面に対面接触し、第3ローラーロッカーアーム873のローラR3が吸気用第3ミラーカム833のカム面に対面接触し、第4ローラーロッカーアーム874のローラR4が吸気用ノーマルカム84のカム面に対面接触し、第5ローラーロッカーアーム875のローラR5が排気用カム85のカム面に対面接触するように、それぞれのローラーロッカーアームがロッカーシャフト86に取り付けられる。
Further, a
また、第1ローラーロッカーアーム871に吸気用プッシュロッド88が取付けられ、第5ローラーロッカーアーム875に排気用プッシュロッド89が取り付けられる。吸気用プッシュロッド88の動作に連動してガスエンジン11内の吸気バルブ90が動作し、排気用プッシュロッド89の動作に連動してガスエンジン11内の排気バルブ91が動作する。
An
第1ローラーロッカーアーム871、第2ローラーロッカーアーム872、第3ローラーロッカーアーム873に貫通孔が形成されており、第4ローラーロッカーアーム874には有底穴が形成されている。これらの穴は、隣接するローラーロッカーアームに対面するようにそれぞれのローラーロッカーアーム871,872,873,874の各対向側面に開口している。また、これらの孔の中心軸方向は一致する。したがって、これらの穴によって、カムシャフト81の軸方向に延びた通路876が形成される。この通路876内に切換機構としてのピン877が挿入される。
A through hole is formed in the first
ピン877は、図示しない油圧回路からの油圧力を受けて、通路876内での位置を変化することができるように構成される。具体的には、ピン877は、ノーマル位置と、第3ミラー位置と、第2ミラー位置と、第1ミラー位置とに変位可能に構成される。ノーマル位置は、ピン877が第1,第2,第3,第4ローラーロッカーアーム871,872,873,874に跨るように、これらのローラーロッカーアーム871,872,873,874に形成された穴の全てにピン877が挿入される位置である。第3ミラー位置は、ピン877が第1,第2,第3ローラーロッカーアーム871,872,873に跨るように、これらのローラーロッカーアーム871,872,873に形成された穴に挿通され、第4ローラーロッカーアーム874に形成された穴にピン877が挿入されていない位置である。第2ミラー位置は、ピン877が第1,第2ローラーロッカーアーム871,872に跨るように、これらのローラーロッカーアーム871,872に形成された穴に挿通され、第3、第4ローラーロッカーアーム873,874に形成された穴にはピン877が挿入さていない位置である。第1ミラー位置は、ピン877が第1ローラーロッカーアーム871に形成された穴のみに挿入され、第2,第3,第4ローラーロッカーアーム872,873,874に形成された穴には挿入されていない位置である。ピン877がノーマル位置にある場合が図9(a)に示され、ピン877が第3ミラー位置にある場合が図9(b)に示され、ピン877が第2ミラー位置にある場合が図9(c)に示され、ピン877が第1ミラー位置にある場合が図9(d)に示される。
The
図10は、本実施形態に係るガスエンジン11の排気バルブ91および吸気バルブ90のリフト量の変化を示すグラフである。図10の横軸がクランク角であり、縦軸がリフト量である。また、曲線Aは、排気用カム85のカムプロフィルに従って排気バルブ91が作動した場合における排気バルブ91のリフト量の変化を表す。曲線Bは、吸気用ノーマルカム84のカムプロフィルに従って吸気バルブ90が作動した場合における吸気バルブ90のリフト量の変化(ノーマルプロフィル)を表す。曲線Cは、吸気用第3ミラーカム833のカムプロフィルに従って吸気バルブ90が作動した場合における吸気バルブ90のリフト量の変化(第3ミラープロフィル)を表す。曲線Dは、吸気用第2ミラーカム832のカムプロフィルに従って吸気バルブ90が作動した場合における吸気バルブ90のリフト量の変化(第2ミラープロフィル)を表す。曲線Eは、吸気用第1ミラーカム831のカムプロフィルに従って吸気バルブ90が作動した場合における吸気バルブ90のリフト量の変化(第1ミラープロフィル)を表す。
FIG. 10 is a graph showing changes in the lift amounts of the
図10に示すように、吸気バルブ90の作動に関し、吸気用第1ミラーカム831のカムプロフィルに従って吸気バルブ90が作動した場合(曲線E)における吸気バルブ90の開弁時間が最も短い(すなわち最も早く閉じる)。吸気用第2ミラーカム832のカムプロフィルに従って吸気バルブ90が作動した場合(曲線D)における吸気バルブ90の開弁時間が次に短く(次に早く閉じ)、吸気用第3ミラーカム833のカムプロフィルに従って吸気バルブ90が作動した場合における吸気バルブ90の開弁時間がその次に短い(その次に早く閉じる)。吸気用ノーマルカム84のカムプロフィルに従って吸気バルブ90が作動した場合における吸気バルブ90の開弁時間は最も長い(最も遅く閉じる)。この場合は圧縮行程における圧縮比と膨張行程における膨張比がほぼ等しい。そのため吸気用ノーマルカム84を用いてガスエンジン11を駆動させることにより、圧縮比と膨張比とがほぼ等しいノーマルサイクル運転が実現される。それ以外の吸気用カムを用いてガスエンジン11を駆動させることにより、膨張比が圧縮比よりも大きいミラーサイクル運転が実現される。
As shown in FIG. 10, regarding the operation of the
また、図10からわかるように、第3ミラープロフィル(曲線C)はノーマルプロフィル(曲線B)に包含され、第2ミラープロフィル(曲線D)は第3ミラープロフィル(曲線C)に包含され、第1ミラープロフィル(曲線E)は第2ミラープロフィル(曲線D)に包含されている。つまり、第3ミラープロフィルで表わされる吸気バルブ90のリフト量はノーマルプロフィルで表わされる吸気バルブ90のリフト量よりも常に小さく、第2ミラープロフィルで表わされる吸気バルブ90のリフト量は第3ミラープロフィルで表わされる吸気バルブ90のリフト量よりも常に小さく、第1ミラープロフィルで表わされる吸気バルブ90のリフト量は第2ミラープロフィルで表わされる吸気バルブ90のリフト量よりも常に小さい
As can be seen from FIG. 10, the third mirror profile (curve C) is included in the normal profile (curve B), the second mirror profile (curve D) is included in the third mirror profile (curve C), One mirror profile (curve E) is included in the second mirror profile (curve D). That is, the lift amount of the
ここで、吸気用プッシュロッド88を介して吸気バルブ90に接続された第1ローラーロッカーアーム871は吸気用第1ミラーカム831の回転に伴う作動力を受ける。また、第2ローラーロッカーアーム872は吸気用第2ミラーカム832の回転に伴う作動力を受け、第3ローラーロッカーアーム873は吸気用第3ミラーカム833の回転に伴う作動力を受け、第4ローラーロッカーアーム874は吸気用ノーマルカム84の回転に伴う作動力を受ける。このとき図9(a)に示すようにピン877がノーマル位置にある場合、第1,第2,第3,第4ローラーロッカーアーム871,872,873,874がピン877を介して連結される。連結されたローラーロッカーアームを動作させるカムのうち最も大きいカムプロフィルを持つカムは吸気用ノーマルカム84である。したがって、ピン877がノーマル位置にある場合には、ノーマルプロフィルに従って第1ローラーロッカーアーム871が動作し、それに伴い吸気用プッシュロッド88を介して第1ローラーロッカーアーム871に接続された吸気バルブ90もノーマルプロフィルに従って動作する。つまり、ピン877がノーマル位置にある場合、吸気バルブ90とカムユニット82との接続状態が、吸気用ノーマルカム84のカムプロフィルに従って吸気バルブ90が作動するミラー接続状態とされ、ガスエンジン11の運転状態がノーマルサイクル運転にされる。
Here, the first
また、図9(b)に示すようにピン877が第3ミラー位置にある場合、第1,第2,第3ローラーロッカーアーム871,872,873がピン877を介して連結される。連結されたローラーロッカーアームを動作させるカムのうち最も大きいカムプロフィルを持つカムは第3ミラーカム833である。したがって、ピン877が第3ミラー位置にある場合には第3ミラープロフィルに従って第1ローラーロッカーアーム871が動作し、それに伴い第1ローラーロッカーアーム871に接続された吸気バルブ90も第3ミラープロフィルに従って動作する。つまり、ピン877が第3ミラー位置にある場合、吸気バルブ90とカムユニット82との接続状態が、吸気用第3ミラーカム833のカムプロフィルに従って吸気バルブ90が作動する第3ミラー接続状態とされ、ガスエンジン11の運転状態が第3ミラーカム833を用いたミラーサイクル運転(第3ミラーサイクル運転)にされる。
9B, when the
また、図9(c)に示すようにピン877が第2ミラー位置にある場合、第1,第2ローラーロッカーアーム871,872がピン877を介して連結される。連結されたローラーロッカーアームを動作させるカムのうち最も大きいカムプロフィルを持つカムは第2ミラーカム832である。したがって、ピン877が第2ミラー位置にある場合には第2ミラープロフィルに従って第1ローラーロッカーアーム871が動作し、それに伴い第1ローラーロッカーアーム871に接続された吸気バルブ90も第2ミラープロフィルに従って動作する。つまり、ピン877が第2ミラー位置にある場合、吸気バルブ90とカムユニット82との接続状態が、吸気用第2ミラーカム832のカムプロフィルに従って吸気バルブ90が作動する第2ミラー接続状態とされ、ガスエンジン11の運転状態が第2ミラーカム832を用いたミラーサイクル運転(第2ミラーサイクル運転)にされる。
9C, when the
また、図9(d)に示すようにピン877が第1ミラー位置にある場合、第1ローラーロッカーアーム871が単独で動作する。したがって、ピン877が第1ミラー位置にある場合には第1ミラーカム831のカムプロフィル(第1ミラープロフィル)に従って第1ローラーロッカーアーム871が動作し、それに伴い第1ローラーロッカーアーム871に接続された吸気バルブ90も第1ミラープロフィルに従って動作する。つまり、ピン877が第1ミラー位置にある場合、吸気バルブ90とカムユニット82との接続状態が、吸気用第1ミラーカム831のカムプロフィルに従って吸気バルブ90が作動する第1ミラー接続状態とされ、ガスエンジン11の運転状態が第1ミラーカム831を用いたミラーサイクル運転(第1ミラーサイクル運転)にされる。
Further, as shown in FIG. 9D, when the
このように、ピン877は、吸気バルブ90とカムユニット82との接続状態を、ノーマル接続状態と複数のミラー接続状態とに切り換えることができるように作動する。そして、本実施形態に係るガスエンジン11の運転状態は、ピン877の位置をノーマル位置、複数のミラー位置のいずれかに切り換えることにより、ノーマルサイクル運転あるいは複数のミラーサイクル運転のいずれかに切り換えることができるように構成される。ピン877の位置の制御、すなわち吸気バルブ90とカムユニット82との接続状態、さらに言えばガスエンジン11の運転状態は、エンジン制御装置30により制御される。
As described above, the
図9に示す構造を有するガスエンジンを用いる場合、エンジン制御装置30の回転数制御部31は、図6に示すフローチャートで示される処理と同様の処理を実行することにより、ガスエンジン11の回転数を制御する。この場合において、回転数制御部31は、S13にて要求回転数Rrを計算するにあたり、最も効率の高い第1ミラーサイクル運転させた場合における、回転数に対する駆動出力の特性線図を参照する。
When the gas engine having the structure shown in FIG. 9 is used, the rotation
また、図9に示す構造を有するガスエンジンを用いる場合、エンジン制御装置30の運転状態制御部32は、図11に示す運転状態制御ルーチンを実行する。図11に示す運転状態制御ルーチンが起動すると、運転状態制御部32は、まず図11のS31にて、経過時間tが基準時間t0よりも大きいか否かを判断する。経過時間tが基準時間t0以下である場合(S31:No)、すなわちガスエンジン11が始動の初期段階であって十分に温められていない(安定していない)場合、運転状態制御部32はS42に処理を進める。S42では、ノーマル運転信号がガスエンジン11に出力される。これによりガスエンジン11内のピン877がノーマル位置に位置するように、ピン877の位置が制御される。このためガスエンジン11の運転状態がノーマル運転状態にされる。その後、運転状態制御部32はこのルーチンを終了する。
Moreover, when using the gas engine which has a structure shown in FIG. 9, the driving | running
一方、経過時間tが基準時間t0よりも大きい場合(S31:Yes)、すなわちガスエンジン11が既に十分に温められている(安定している)場合、運転状態制御部32はS32に処理を進める。S32では、運転状態制御部32は、温水供給装置22から入力された要求熱エネルギー量Hを読み出す。次いで、第1予測熱エネルギー量H1を計算する(S33)。第1予測熱エネルギー量H1は、回転数制御部31により制御されているエンジン回転数でガスエンジン11を第1ミラーサイクル運転させた場合に、コージェネレーションシステム1が生成する熱エネルギー量の予測値である。続いて運転状態制御部32は、第2予測熱エネルギー量H2を計算する(S34)。第2予測熱エネルギー量H2は、回転数制御部31により制御されているエンジン回転数でガスエンジン11を第2ミラーサイクル運転させた場合に、コージェネレーションシステム1が生成する熱エネルギー量の予測値である。次に、運転状態制御部32は、第3予測熱エネルギー量H3を計算する(S35)。第3予測熱エネルギー量H3は、回転数制御部31により制御されているエンジン回転数でガスエンジン11を第3ミラーサイクル運転させた場合に、コージェネレーションシステム1が生成する熱エネルギー量の予測値である。なお、第1予測熱エネルギー量H1は第2予測熱エネルギー量H2よりも小さく、第2予測熱エネルギー量H2は第3熱エネルギー量H3よりも小さい。
On the other hand, when the elapsed time t is greater than the reference time t0 (S31: Yes), that is, when the
各予測熱エネルギー量H1,H2,H3を計算した後に、運転状態制御部32は、S36に処理を進める。S36では、運転状態制御部32は、第1予測熱エネルギー量H1が要求熱エネルギー量以上であるか否かを判断する。第1予測熱エネルギー量H1が要求熱エネルギー量以上である場合(S36:Yes)、運転状態制御部32は第1ミラー運転信号を出力する(S39)。これによりガスエンジン11内のピン877が第1ミラー位置に位置され、ガスエンジン11の運転状態が第1ミラーサイクル運転にされる。第1ミラー運転信号を出力した後は、運転状態制御部32はこのルーチンを終了する。
After calculating each predicted heat energy amount H1, H2, H3, the operation
S36にて第1予測熱エネルギー量H1が要求熱エネルギー量H未満であると判断した場合(S36:No)、運転状態制御部32はS37に処理を進める。S37では、運転状態制御部32は、第2予測熱エネルギー量H2が要求熱エネルギー量H以上であるか否かを判断する。第2予測熱エネルギー量H2が要求熱エネルギー量H以上である場合(S37:Yes)、運転状態制御部32は第2ミラー運転信号を出力する(S40)。これによりガスエンジン11内のピン877が第2ミラー位置に位置され、ガスエンジン11の運転状態が第2ミラーサイクル運転にされる。第2ミラー運転信号を出力した後は、運転状態制御部32はこのルーチンを終了する。
When it is determined in S36 that the first predicted heat energy amount H1 is less than the required heat energy amount H (S36: No), the operation
S37にて第2予測熱エネルギー量H2が要求熱エネルギー量H未満であると判断した場合(S37:No)、運転状態制御部32はS38に処理を進める。S38では、運転状態制御部32は、第3予測熱エネルギー量H3が要求熱エネルギー量H以上であるか否かを判断する。第3予測熱エネルギー量H3が要求熱エネルギー量H以上である場合(S38:Yes)、運転状態制御部32は第3ミラー運転信号を出力する(S41)。これによりガスエンジン11内のピン877が第1ミラー位置に位置され、ガスエンジン11の運転状態が第1ミラーサイクル運転にされる。第1ミラー運転信号を出力した後は、運転状態制御部32はこのルーチンを終了する。
When it is determined in S37 that the second predicted heat energy amount H2 is less than the required heat energy amount H (S37: No), the operation
S38にて第3予測熱エネルギー量H3が要求熱エネルギー量H未満であると判断した場合(S38:No)、運転状態制御部32はS42に進み、ノーマル運転信号をガスエンジン11に出力される。これによりガスエンジン11内のピン877がノーマル位置に位置するように、ピン877の位置が制御される。このためガスエンジン11の運転状態がノーマル運転状態にされる。その後、運転状態制御部32はこのルーチンを終了する。
When it is determined in S38 that the third predicted heat energy amount H3 is less than the required heat energy amount H (S38: No), the operation
運転状態制御部32は上記した運転状態制御ルーチンを実行することにより、要求熱エネルギー量Hが第3予測熱エネルギー量H3以下の場合、要求熱エネルギー量Hの大きさに応じて、第1ミラーサイクル運転、第2ミラーサイクル運転、第3ミラーサイクル運転に運転状態が変化する。具体的には、要求熱エネルギー量Hが小さいほど、圧縮比に対する膨張比が大きくなるミラーカムを用いてガスエンジンをミラーサイクル運転させている。このため要求熱エネルギー量に相当する熱エネルギーを供給しつつ、最もエンジン効率が高くなるように、ガスエンジン11をミラーサイクル運転させることができる。
When the required thermal energy amount H is equal to or less than the third predicted thermal energy amount H3, the operating
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。この実施形態では、GHPに使用されるガスエンジンの制御装置について述べる。図12は、GHP2の全体構成を示す概略図である。GHP2は、ガスエンジンの駆動によって冷媒回路中の冷媒を循環させることにより空調を行う。図12に示すように、GHP2は、ガスエンジン51と、コンプレッサ52と、冷媒配管53と、室内熱交換器54と、室外熱交換器55と、膨張弁56と、四方切換弁57と、アキュムレータ58と、室内リモコン59と、エンジン制御装置30とを備える。室内熱交換器54、室外熱交換器55、膨張弁56、四方切換弁57は冷媒配管53の途中に介装される。冷媒配管53内を冷媒が流通する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, a control device for a gas engine used for GHP will be described. FIG. 12 is a schematic diagram showing the overall configuration of GHP2. The
ガスエンジン51は、燃料ガスの供給によって駆動する。このガスエンジン51の駆動出力及び排熱が、GHPによる空調エネルギーの生成に利用される。また、コンプレッサ52は、ガスエンジン51の出力軸に動力伝達可能に連結した入力軸を有し、ガスエンジン51の駆動力によって駆動される。コンプレッサ52は吐出口521および吸入口522を有する。吸入口522には冷媒配管53の一方端が接続され、吐出口521には冷媒配管53の他方端が接続される。コンプレッサ52が駆動した場合、吸入口522から冷媒配管53中の低圧ガス冷媒を吸入し、吸入した低圧ガス冷媒を内部で圧縮するとともに、圧縮した高圧ガス冷媒を吐出口521から冷媒配管53に吐出する。
The
室内熱交換器54および室外熱交換器55は、それぞれ冷媒配管53内の冷媒を導入するとともに、導入した冷媒と周囲空気とを熱交換させる。図12からわかるように、室内熱交換器54と室外熱交換器55とをつなぐ冷媒配管53の途中に膨張弁56が介装される。膨張弁56は冷媒配管53内の冷媒を膨張させる。
The
四方切換弁57は、コンプレッサ52の吐出口521に冷媒配管53を介して接続され
る。四方切換弁57は、暖房接続状態と冷房接続状態とを選択的に切り換えることができるように構成される。四方切換弁57が暖房接続状態であるときは、コンプレッサ52の吐出口521と室内熱交換器54とが四方切換弁57を介して連通されるとともにコンプレッサ52の吸入口522と室外熱交換器55とが四方切換弁57を介して連通される。一方、四方切換弁57が冷房接続状態であるときは、コンプレッサ52の吐出口521と室外熱交換器55とが四方切換弁57を介して連通されるとともに、コンプレッサ52の吸入口522と室内熱交換器54とが四方切換弁57を介して連通される。暖房運転時に四方切換弁57は暖房接続状態とされ、冷房運転時に四方切換弁57は冷房接続状態とされる。なお、四方切換弁57とコンプレッサ52の吸入口522とをつなぐ冷媒配管53の途中に、排熱回収熱交換器65及びアキュムレータ58が介装される。
The four-
また、ガスエンジン51に冷却水回路60が接続される。冷却水回路60は内部に冷却水が充填された冷却水配管により構成される。冷却水回路60の途中に、ポンプ64および排熱回収熱交換器65が介装される。ガスエンジン51の駆動中にポンプ64が作動することにより、冷却水回路60内の冷却水がガスエンジン11を冷却する。排熱回収熱交換器65は、ガスエンジン11の熱を受けて加熱した冷却水回路60中の冷却水と、四方切換弁57とアキュムレータ58との間の冷媒配管を流れる冷媒とを熱交換させる。
A cooling
GHP2の暖房運転および冷房運転について簡単に説明する。まず、暖房運転について説明する。コンプレッサ52がガスエンジン51により駆動されると、吸入口522から低圧ガス冷媒がコンプレッサ52に吸入されるとともに吸入された低圧ガス冷媒が圧縮される。そして圧縮された高圧ガス冷媒が吐出口521から吐出される。吐出口521から吐出された高圧ガス冷媒は四方切換弁57を経由して室内熱交換器54に導入される。室内熱交換器54に導入された高圧ガス冷媒は室内熱交換器54内を流通する間に室内空気に熱を吐き出して凝縮する。このとき高圧ガス冷媒から吐き出された熱によって室内空気が暖められて、室内暖房される。
The heating operation and cooling operation of GHP2 will be briefly described. First, the heating operation will be described. When the
室内空気に熱を吐き出して凝縮した冷媒は一部液化して室内熱交換器54から排出される。そして、膨張弁56で膨張することにより低圧化された後に室外熱交換器55に導入される。室外熱交換器55に導入された冷媒は室外熱交換器55内を流通する間に外気の熱を奪って一部蒸発する。
The refrigerant condensed by exhausting heat to the indoor air is partially liquefied and discharged from the
外気の熱を奪って一部蒸発した冷媒は室外熱交換器55から排出され、四方切換弁57を通り、さらに排熱回収熱交換器65を通過する。このとき冷媒がガスエンジン51の冷却水により加熱される。その後、冷媒はアキュムレータ58に供給される。アキュムレータ58では冷媒が液冷媒と低圧のガス冷媒とに分離される。そして、低圧ガス冷媒のみがコンプレッサ52の吸入口522からコンプレッサ52に帰還する。
The refrigerant that has partially taken away heat from the outside air is discharged from the
次に、冷房運転について説明する。コンプレッサ52がガスエンジン51により駆動されると、コンプレッサ52の吐出口521から高圧ガス冷媒が吐出される。吐出口521から吐出された高圧ガス冷媒は四方切換弁57を経由して室外熱交換器55に導入される。室外熱交換器55に導入された高圧ガス冷媒は室外熱交換器55内を流通する間に外気に熱を吐き出して凝縮する。
Next, the cooling operation will be described. When the
外気に熱を吐き出して凝縮した冷媒は一部液化して室外熱交換器55から排出される。そして、膨張弁56で膨張することにより低圧化された後に室内熱交換器54に導入される。室内熱交換器54に導入された冷媒は室内熱交換器54内を流通する間に室内空気の熱を奪って一部蒸発する。このとき冷媒が室内空気の熱を奪うことによって室内空気が冷やされて、室内冷房される。
The refrigerant that is condensed by discharging heat to the outside air is partially liquefied and discharged from the
室内空気の熱を奪って一部蒸発した冷媒は室内熱交換器54から排出され、四方切換弁57を通り、さらに排熱回収熱交換器65を通過する。このとき冷媒がガスエンジン51の冷却水により加熱される。その後、冷媒はアキュムレータ58に供給される。アキュムレータ58では冷媒が液冷媒と低圧のガス冷媒とに分離される。そして、低圧ガス冷媒のみがコンプレッサ52の吸入口522からコンプレッサ52に帰還する。
The refrigerant that has partially taken away heat from the indoor air is discharged from the
室内リモコン59は、室内の設定温度等をユーザが設定することができるように構成される。ガスエンジン11の駆動中、室内リモコン59により設定された温度および実際の室内温度に関する情報(室内温度情報)Sがエンジン制御装置30に入力される。
The indoor
また、コンプレッサ52の吐出口521と四方切換弁57との間をつなぐ冷媒配管53の途中に圧力センサ62が取り付けられている。圧力センサ62はコンプレッサ52の吐出圧Phを検出する。検出した吐出圧Phに関する情報がエンジン制御装置30に入力される。
A
また、ガスエンジン51には、エンジン回転数を検出する回転数センサ63が取り付けられている。回転数センサ63で検出したエンジン回転数Rに関する情報がエンジン制御装置30に入力される。
The
また、冷却水回路60には、ガスエンジン51から排出された冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ61が取付けられる。この冷却水温度センサ61が検出した冷却水温度Twに関する情報は、エンジン制御装置30に入力される。
Further, a
ガスエンジン51の駆動中、エンジン制御装置30は、上述のように各種センサから情報を入力する。なお、エンジン制御装置30には、上記した各センサ以外のセンサからの検出情報が入力されていてもよい。そして、エンジン制御装置30は、入力された情報に基づいてガスエンジン51のエンジン回転数や運転状態を制御する。本実施形態のガスエンジン51は、上記第1実施形態のガスエンジンと同様に、その運転状態がノーマルサイクル運転とミラーサイクル運転とに切換可能に構成される。
While the
本実施形態に係るエンジン制御装置30も、上記第1実施形態にて説明したエンジン制御装置30と同様に回転数制御部31および運転状態制御部32を有する(図5参照)。回転数制御部31は、ガスエンジン51の駆動中、回転数制御ルーチンを実行することによって、ガスエンジン51のエンジン回転数Rを制御する。
The
図13は、本実施形態に係る回転数制御部31が実行する回転数制御ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンが起動すると、回転数制御部31は、まず図13のS51にて、エンジン制御装置30に入力された情報(冷却水温度Tw、エンジン回転数R、吐出圧力Ph、室内温度情報S等)を読み出す。次いで、読み出した情報に基づいて、GHP2に要求されている空調エネルギー量(要求空調エネルギー量)Lを計算する(S52)。要求空調エネルギーLは、例えば室内温度情報Sから得られる設定温度と実際の室内温度との差等から計算することができる。次に、回転数制御部31は、GHP2が要求空調エネルギーLを生成するために必要とされるガスエンジン51の駆動出力(必要駆動出力)Tを計算する(S53)。続いて回転数制御部31は、ガスエンジン51をミラーサイクル運転させた場合における、回転数に対する駆動出力の特性線図を参照して、必要駆動出力Tに対応するエンジン回転数を要求回転数Rrとして計算する(S54)。
FIG. 13 is a flowchart showing a rotation speed control routine executed by the rotation
図14は、ガスエンジン51をミラーサイクル運転させた場合における、回転数に対する駆動出力の特性線図である。図14に示すように、回転数が増加するにつれて、駆動出力も増加する。回転数制御部31は、このような特性線図を参照して、必要駆動出力Tに対応する要求回転数Rrを計算する。
FIG. 14 is a characteristic diagram of the drive output with respect to the rotation speed when the
回転数制御部31は、S54にて要求回転数Rrを計算した後に、計算した要求回転数Rrをガスエンジン51に出力する(S55)。これによりガスエンジン51のエンジン回転数が要求回転数Rrに一致するようにガスエンジン51のエンジン回転数が制御される。その後、回転数制御部31はこのルーチンを終了する。
After calculating the required rotational speed Rr in S54, the rotational
上記のようにして回転数制御部31が回転数制御ルーチンを実行することにより、GHP2に要求されている空調エネルギー量Lの大きさに応じてガスエンジン51のエンジン回転数が変化する。具体的には、要求空調エネルギー量Lが小さくなるにつれてエンジン回転数が低くなるように、ガスエンジン51のエンジン回転数が制御される。したがって、要求空調エネルギー量Lの大きさに見合った発電量を得ることができ、無駄な発電を抑えることができる。このためエンジン効率を高めることができる。
The engine speed of the
また、ガスエンジン51の駆動中、エンジン制御装置30の運転状態制御部32が運転状態制御ルーチンを実行する。図15は、本実施形態に係る運転状態制御部32が実行する運転状態制御ルーチンを示すフローチャートである。運転状態制御ルーチンが起動すると、運転状態制御部32は、まず図15のS61にて、GHPの運転状態が特定運転状態であるか否かを判断する。ここで、特定運転状態とは、大きな空調エネルギー量が必要であると判断されるような運転状態である。例えば、回転数制御部31により制御された回転数でガスエンジン51をミラーサイクル運転させた場合に得ることができる空調エネルギー量よりも大きい空調エネルギー量が必要であると判断されるような運転状態が、特定運転状態とされてもよい。
Further, while the
特定運転状態として、例えば起動初期状態が挙げられる。GHPの起動初期に急速に空調を行うことにより快適性を増すことができるので、本来要求される空調エネルギー量よりも大きい空調エネルギー量が必要とされる。また、特定運転状態として、例えば低温暖房運転状態が挙げられる。外気温が予め定められた設定温よりも低い場合における暖房運転(低温暖房運転)時には、外気から十分に熱を集めることができない。この場合、外気から回収することにより得られる空調エネルギーよりも大きい空調エネルギーが必要とされる。また、特定運転状態として、除霜運転状態が挙げられる。除霜運転時には、除霜期間をできるだけ短くするために、より大きな空調エネルギーが必要である。このように、特定運転状態は、大きな空調エネルギーが必要と判断されるGHP2の運転状態である。なお、GHP2の運転状態が特定運転状態であるか否かは、エンジン制御装置30に入力される各種センサからの情報により判断しても良い。或いは、GHP2に設けられている図示しないGHP制御装置からGHP2の運転状態をエンジン制御装置30が取得するように構成されていても良い。
As the specific operation state, for example, an initial startup state can be cited. Since the comfort can be increased by rapidly air-conditioning the GHP at the beginning of startup, a larger amount of air-conditioning energy than originally required is required. Moreover, as a specific operation state, a low temperature heating operation state is mentioned, for example. During heating operation (low temperature heating operation) when the outside air temperature is lower than a predetermined set temperature, heat cannot be sufficiently collected from the outside air. In this case, the air conditioning energy larger than the air conditioning energy obtained by collecting from outside air is required. Moreover, a defrost operation state is mentioned as a specific operation state. During the defrosting operation, more air conditioning energy is required to shorten the defrosting period as much as possible. Thus, the specific operation state is an operation state of the
運転状態制御部32は、S61にてGHP2の運転状態が特定運転状態であると判断した場合(S61:Yes)、ノーマル運転信号をガスエンジン51に出力する(S62)。これによりガスエンジン51の運転状態がノーマルサイクル運転にされる。その後、運転状態制御部32はこのルーチンを終了する。
If the operation
一方、S61にてGHP2の運転状態が特定運転状態でないと判断した場合(S61:No)、ミラー運転信号をガスエンジン11に出力する(S63)。これによりガスエンジン51の運転状態がミラー運転状態にされる。その後、運転状態制御部32はこのルーチンを終了する。
On the other hand, when it is determined in S61 that the operation state of GHP2 is not the specific operation state (S61: No), a mirror operation signal is output to the gas engine 11 (S63). As a result, the operation state of the
運転状態制御部が上記に示す運転状態制御ルーチンを実行することにより、GHP2の運転状態が特定運転状態でない場合、ガスエンジン51の運転状態がミラーサイクル運転とされる。このため効率的にGHP2を駆動させることができる。
When the operation state control unit executes the operation state control routine described above, when the operation state of the
GHP2の運転状態が特定運転状態の一つである起動初期状態である場合、ガスエンジン51の運転状態がノーマルサイクル運転にされる。このため効率が低下するものの、エンジン出力が増加するために、速やかに室内温度を目標温度に到達させることができ、快適性を向上させることができる。
When the operation state of the
また、GHP2の運転状態が特定運転状態の一つである低温暖房運転状態である場合も、ガスエンジン51の運転状態がノーマルサイクル運転にされる。このため効率は低下するものの、ガスエンジン51の排熱量が増加するために、排気熱交換器65にて冷媒に受け渡される熱量が増加する。このようにして外気からでは十分に得ることのできない熱量の不足を補うことができる。
Further, when the operation state of the
また、GHP2の運転状態が特定運転状態の一つである除霜運転状態である場合も、ガスエンジン51の運転状態がノーマルサイクル運転にされる。このため効率は低下するものの、ガスエンジン51の排熱量が増加するために、排気熱交換器65にて冷媒に受け渡される熱量が増加する。このため除霜運転時に室外熱交換器55に送り込まれる冷媒の温度がより高まり、速やかに除霜を行うことができる。
Moreover, also when the operation state of GHP2 is a defrost operation state which is one of the specific operation states, the operation state of the
以上、本発明の実施形態について説明した。上記第1実施形態は、電気エネルギーおよび熱エネルギーを生成するガスエンジンコージェネレーションシステム1に使用され、その運転状態がノーマルサイクル運転とミラーサイクル運転とに切換可能であり、駆動出力が電気エネルギーに利用されるとともに排熱が熱エネルギーに利用されるガスエンジン11の制御装置(エンジン制御装置30)を開示する。このエンジン制御装置30は、回転数制御部31および運転状態制御部32を備える。回転数制御部31は、ミラーサイクル運転時におけるガスエンジン11の回転数に対する出力特性(図7)に基づいて、ガスエンジンコージェネレーションシステム1への要求電気エネルギー量Hに相当する電気エネルギー量をガスエンジンコージェネレーションシステム1が生成できるように、ガスエンジン11の回転数を制御する。運転状態制御部32は、回転数制御部31により制御された回転数でガスエンジン11をミラーサイクル運転させた場合にガスエンジンコージェネレーションシステム1が生成すると予測される予測熱エネルギー量H1がガスエンジンコージェネレーションシステム1への要求熱エネルギー量H以上である場合にガスエンジン11の運転状態がミラーサイクル運転となり、予測熱エネルギー量H1が要求熱エネルギー量H未満である場合にガスエンジンの運転状態がノーマルサイクル運転となるように、ガスエンジン11の運転状態を制御する。
The embodiment of the present invention has been described above. The first embodiment is used in a gas
第1実施形態によれば、要求電気エネルギー量Hに応じて制御された回転数でミラーサイクル運転を行うことによる効率的なガスエンジン11の運転と、ノーマルサイクル運転を行うことによる十分な熱エネルギーの供給とを両立させることができる。また、要求熱エネルギーが低い場合はガスエンジン11の運転状態が原則として出力の低いミラーサイクル運転とされるため、ガスエンジン11の回転数制御のみによって低負荷運転を行うことができる。そのため低負荷時における部分負荷運転を回避することができる。
According to the first embodiment, an efficient operation of the
また、上記第3実施形態は、GHP2に使用され、その運転状態がノーマルサイクル運転とミラーサイクル運転とに切換可能であり、駆動出力及び排熱が空調エネルギーに利用されるガスエンジン51の制御装置(エンジン制御装置30)を開示する。このエンジン制御装置30も回転数制御部31及び運転状態制御部32を備える。回転数制御部31は、ミラーサイクル運転時におけるガスエンジンの回転数に対する出力特性(図14)に基づいて、GHPへの要求空調エネルギー量Lに相当する空調エネルギーをGHP2が生成するように、ガスエンジン51の回転数を制御する。運転状態制御部32は、GHP2の運転状態が特定運転状態であるときにガスエンジン51の運転状態がノーマルサイクル運転となり、GHP2の運転状態が特定運転状態でないときにガスエンジン51の運転状態がミラーサイクル運転となるように、ガスエンジン51の運転状態を制御する。
Moreover, the said 3rd Embodiment is used for GHP2, the operation state can be switched to a normal cycle operation and a mirror cycle operation, and the control apparatus of the
第3実施形態によれば、要求空調エネルギー量Lに応じて制御された回転数でミラーサイクル運転を行うことによる効率的なガスエンジン51の運転と、特定運転状態であるときにノーマルサイクル運転を行うことによる十分な空調エネルギーの供給とを両立させることができる。また、特定運転状態でない場合はガスエンジン51の運転状態が原則として出力の低いミラーサイクル運転とされるため、ガスエンジン51の回転数制御のみによって低負荷運転を行うことができる。そのため低負荷時における部分負荷運転を回避することができる。
According to the third embodiment, the efficient operation of the
また、上記第1実施形態に示すガスエンジン11は、カムシャフト81に取付けられ吸気バルブ90を作動させるための吸気用ノーマルカム84および吸気用ミラーカム83を有するカムユニット82と、吸気バルブ90とカムユニット82との接続状態を、ノーマルカム84のカムプロフィルに従って吸気バルブ90が作動するノーマル接続状態とミラーカム83のカムプロフィルに従って吸気バルブ90が作動するミラー接続状態とに切り換えることができるように作動するピン877とを備える。また、ノーマルカム84は、そのカムプロフィルに従って吸気バルブ90が作動した場合にガスエンジン11の運転状態がノーマルサイクル運転となるように構成され、ミラーカム83は、そのカムプロフィルに従って吸気バルブ90が作動した場合にガスエンジン11の運転状態がミラーサイクル運転となるように構成される。これによれば、運転状態制御部32がポン877の作動を制御することにより、ガスエンジン11の運転状態を容易に切り換えることができる。
The
また、上記第2実施形態に示すガスエンジン11は、カムユニット82がカムプロフィルの異なる複数のミラーカム(831,832,833)を備える。そして、運転状態制御部32は、ガスエンジン11の運転状態がミラーサイクル運転であるときに、要求熱エネルギー量Hの大きさに基づいて複数のミラーカム(831,832,833)のうちの1つを選択し、選択した1つのミラーカムのカムプロフィルに従って吸気バルブ90が作動するように、ピン877を制御する。具体的には、要求熱エネルギー量Hの大きさが小さいほど、圧縮比に対する膨張比が大きいカムを選択している。これによれば、要求熱エネルギー量Hの大きさが小さいほど効率の良いミラーカムを選択することにより、よりエンジン効率を高めることができる。
In the
本発明は上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、上記第3実施形態では、空調のみを行うGHPに使用されるガスエンジンの制御装置について説明したが、空調に加えて発電による電気エネルギーの供給やエンジン排熱回収による熱エネルギーの供給をも行うことができるGHPに使用されるガスエンジンの制御装置にも応用できる。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。 The present invention should not be limited to the above embodiment. For example, in the third embodiment, the control device for the gas engine used in the GHP that performs only air conditioning has been described. However, in addition to air conditioning, the supply of electric energy by power generation and the supply of thermal energy by recovery of engine exhaust heat are also possible. The present invention can also be applied to a control device for a gas engine used for GHP that can be performed. Thus, the present invention can be modified without departing from the gist thereof.
1…ガスエンジンコージェネレーションシステム、10…コージェネレーションユニット、11…ガスエンジン、11a…回転数センサ、12…発電機、14…エンジン冷却水回路、16…エンジン排熱交換器、20…排熱回収ユニット、23…排熱回収回路、30…エンジン制御装置、31…回転数制御部、32…運転状態制御部、42…電力測定器、51…ガスエンジン、52…コンプレッサ、53…冷媒配管、54…室内熱交換器、55…室外熱交換器、56…膨張弁、57…四方切換弁、58…アキュムレータ、59…室内リモコン、60…冷却水回路、61…冷却水温度センサ、62…圧力センサ、63…回転数センサ、81…カムシャフト、82…カムユニット、83…吸気用ミラーカム、831…吸気用第1ミラーカム、832…吸気用第2ミラーカム、833…吸気用第3ミラーカム、84…吸気用ノーマルカム、85…排気用カム、86…ロッカーシャフト、871…第1ローラーロッカーアーム、872…第2ローラーロッカーアーム、873…第3ローラーロッカーアーム、874…第4ローラーロッカーアーム、875…第5ローラーロッカーアーム、876…通路、877…ピン(切換機構)、88…吸気用プッシュロッド、89…排気用プッシュロッド、90…吸気バルブ、91…排気バルブ、E…要求電気エネルギー量、Eth…基準電気エネルギー量、H…要求熱エネルギー量、Hth…基準熱エネルギー量、L…空調負荷、R…エンジン回転数、Rr…要求回転数、Rth…基準回転数
DESCRIPTION OF
Claims (4)
ミラーサイクル運転時における前記ガスエンジンの回転数に対する出力特性に基づいて、前記ガスエンジンコージェネレーションシステムへの要求電気エネルギー量に相当する電気エネルギー量を前記ガスエンジンコージェネレーションシステムが生成できるように、前記ガスエンジンの回転数を制御する回転数制御部と、
前記回転数制御部により制御された回転数で前記ガスエンジンをミラーサイクル運転させた場合に前記ガスエンジンコージェネレーションシステムが生成すると予測される予測熱エネルギー量が前記ガスエンジンコージェネレーションシステムへの要求熱エネルギー量以上である場合に前記ガスエンジンの運転状態がミラーサイクル運転となり、前記予測熱エネルギー量が前記要求熱エネルギー量未満である場合に前記ガスエンジンの運転状態がノーマルサイクル運転となるように、前記ガスエンジンの運転状態を制御する運転状態制御部と、
を備える、ガスエンジンの制御装置。 Used in gas engine cogeneration systems that generate electrical and thermal energy, normal cycle operation to achieve a thermodynamic cycle where the expansion ratio and compression ratio are equal, and heat that causes the expansion ratio to be greater than the compression ratio A control device for a gas engine that can switch an operation state to a mirror cycle operation that realizes a mechanical cycle, uses a drive output for electric energy, and uses exhaust heat for heat energy,
Based on the output characteristics with respect to the rotational speed of the gas engine during mirror cycle operation, the gas engine cogeneration system can generate an electric energy amount corresponding to the required electric energy amount to the gas engine cogeneration system. A rotational speed control unit for controlling the rotational speed of the gas engine;
The predicted amount of heat energy predicted to be generated by the gas engine cogeneration system when the gas engine is operated in a mirror cycle at the rotation speed controlled by the rotation speed control unit is the required heat to the gas engine cogeneration system. When the energy amount is equal to or greater than the amount of energy, the operation state of the gas engine is a mirror cycle operation, and when the predicted heat energy amount is less than the required heat energy amount, the operation state of the gas engine is a normal cycle operation. An operating state control unit for controlling the operating state of the gas engine;
A control device for a gas engine.
ミラーサイクル運転時における前記ガスエンジンの回転数に対する出力特性に基づいて、前記ガスヒートポンプへの要求空調エネルギー量に相当する空調エネルギーを前記ガスヒートポンプが生成するように、前記ガスエンジンの回転数を制御する回転数制御部と、
前記ガスヒートポンプの運転状態が大きな空調エネルギー量が必要な運転状態として予め定められた特定運転状態であるときに前記ガスエンジンの運転状態がノーマルサイクル運転となり、前記ガスヒートポンプの運転状態が前記特定運転状態でないときに前記ガスエンジンの運転状態がミラーサイクル運転となるように、前記ガスエンジンの運転状態を制御する運転状態制御部と、
を備える、ガスエンジンの制御装置。 Used in gas heat pumps, the operation state can be switched between normal cycle operation that realizes a thermodynamic cycle with the same expansion ratio and compression ratio and mirror cycle operation that realizes a thermodynamic cycle with an expansion ratio larger than the compression ratio. There is a control device for a gas engine in which drive output and exhaust heat are used for air conditioning energy,
Based on the output characteristics with respect to the rotational speed of the gas engine during mirror cycle operation, the rotational speed of the gas engine is controlled so that the gas heat pump generates air conditioning energy corresponding to the amount of air conditioning energy required for the gas heat pump. A rotational speed control unit,
When the operation state of the gas heat pump is a specific operation state that is predetermined as an operation state that requires a large amount of air conditioning energy, the operation state of the gas engine is a normal cycle operation, and the operation state of the gas heat pump is the specific operation state. An operating state control unit that controls the operating state of the gas engine so that the operating state of the gas engine becomes a mirror cycle operation when not in a state;
A control device for a gas engine.
前記特定運転状態は、前記ガスヒートポンプの運転が開始されてから所定の時間内である初期運転状態、外気温が予め定められた温度以下であるときに前記ガスヒートポンプが暖房運転を実行する低温暖房運転状態、前記ガスヒートポンプが除霜運転を実行する除霜運転状態、のいずれかである、ガスエンジンの制御装置。 The control device for a gas engine according to claim 2,
The specific operation state includes an initial operation state that is within a predetermined time after the operation of the gas heat pump is started, and low-temperature heating in which the gas heat pump performs a heating operation when an outside air temperature is equal to or lower than a predetermined temperature. A control device for a gas engine, which is one of an operation state and a defrost operation state in which the gas heat pump performs a defrost operation.
前記ガスエンジンは、カムシャフトに取付けられ吸気バルブを作動させるための吸気用ノーマルカムおよび吸気用ミラーカムを有するカムユニットと、前記吸気バルブと前記カムユニットとの接続状態を、前記ノーマルカムのカムプロフィルに従って前記吸気バルブが作動するノーマル接続状態と前記ミラーカムのカムプロフィルに従って前記吸気バルブが作動するミラー接続状態とに切り換えることができるように作動する切換機構とを備え、
前記ノーマルカムは、そのカムプロフィルに従って前記吸気バルブが作動した場合に前記ガスエンジンの運転状態が前記ノーマルサイクル運転となるように構成され、
前記ミラーカムは、そのカムプロフィルに従って前記吸気バルブが作動した場合に前記ガスエンジンの運転状態が前記ミラーサイクル運転となるように構成され、
前記運転状態制御部は、前記切換機構の作動を制御することにより、前記ガスエンジンの運転状態を制御する、ガスエンジンの制御装置。 In the control device of the gas engine according to any one of claims 1 to 3,
The gas engine is attached to a camshaft and includes a cam unit having a normal cam for intake and an intake mirror cam for operating an intake valve, and a connection state between the intake valve and the cam unit. A switching mechanism that operates so as to be able to switch between a normal connection state in which the intake valve operates according to and a mirror connection state in which the intake valve operates according to a cam profile of the mirror cam,
The normal cam is configured such that when the intake valve is operated according to the cam profile, the operating state of the gas engine is the normal cycle operation,
The mirror cam is configured such that the operating state of the gas engine is the mirror cycle operation when the intake valve is operated according to the cam profile,
The operation state control unit controls the operation state of the gas engine by controlling the operation of the switching mechanism.
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