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JP2015071982A - Control device of gas engine - Google Patents

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JP2015071982A
JP2015071982A JP2013208362A JP2013208362A JP2015071982A JP 2015071982 A JP2015071982 A JP 2015071982A JP 2013208362 A JP2013208362 A JP 2013208362A JP 2013208362 A JP2013208362 A JP 2013208362A JP 2015071982 A JP2015071982 A JP 2015071982A
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JP
Japan
Prior art keywords
gas engine
mirror
cam
operation state
engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013208362A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
款 久城
Kan Kushiro
款 久城
智公 水野
Tomokimi Mizuno
智公 水野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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Publication date
Application filed by Aisin Seiki Co Ltd filed Critical Aisin Seiki Co Ltd
Priority to JP2013208362A priority Critical patent/JP2015071982A/en
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
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    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

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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. Patent documents 1 and 2 disclose a regenerative gas engine cogeneration system.

特開平6−193998号公報JP-A-6-193998 特開平3−99142号公報JP-A-3-99142

(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実施形態の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。1 is an overall view of a gas engine cogeneration system 1 that uses a gas engine of a first embodiment. 第1実施形態のガスエンジン内のカムシャフト付近の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the cam shaft vicinity in the gas engine of 1st Embodiment. 第1実施形態のガスエンジン内のカムシャフト付近の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the cam shaft vicinity in the gas engine of 1st Embodiment. 第1実施形態のガスエンジンの排気バルブおよび吸気バルブのリフト量の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the lift amount of the exhaust valve and intake valve of the gas engine of 1st Embodiment. エンジン制御装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an engine control apparatus. 第1実施形態に係る回転数制御部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。It is a flowchart which shows the rotation speed control routine which the rotation speed control part which concerns on 1st Embodiment performs. 第1実施形態に係るガスエンジン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。It is a characteristic line figure of drive output to number of rotations at the time of carrying out mirror cycle operation of the gas engine concerning a 1st embodiment. 第1実施形態に係る運転状態制御部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。It is a flowchart which shows the driving | running state control routine which the driving | running state control part which concerns on 1st Embodiment performs. 第2実施形態のガスエンジン内のカムシャフト付近の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the cam shaft vicinity in the gas engine of 2nd Embodiment. 第2実施形態のガスエンジンの排気バルブおよび吸気バルブのリフト量の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the lift amount of the exhaust valve and intake valve of the gas engine of 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る運転状態制御部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。It is a flowchart which shows the driving | running state control routine which the driving | running state control part which concerns on 2nd Embodiment performs. 第3実施形態に係るGHP(ガスヒートポンプ)の全体構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the whole structure of GHP (gas heat pump) which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る回転数制御部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。It is a flowchart which shows the rotation speed control routine which the rotation speed control part which concerns on 3rd Embodiment performs. 第3実施形態に係るガスエンジン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。It is a characteristic line figure of drive output to number of rotations at the time of carrying out mirror cycle operation of the gas engine concerning a 3rd embodiment. 第3実施形態に係る運転状態制御部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。It is a flowchart which shows the driving | running state control routine which the driving | running state control part which concerns on 3rd Embodiment performs.

(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 engine cogeneration system 1 that uses a gas engine according to the present embodiment. The gas engine cogeneration system 1 is installed in, for example, a home, a restaurant, or a welfare facility, and generates electric energy and thermal energy by driving the gas engine. And the produced | generated electric energy and heat energy are supplied to an electric utilization apparatus (electric load) and a heat utilization apparatus (heat load). As shown in FIG. 1, the gas engine cogeneration system 1 includes a cogeneration unit 10, an exhaust heat recovery unit 20, and an engine control device 30.

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 cogeneration unit 10 includes a gas engine 11, a generator 12, an inverter 13, an engine coolant circuit 14, a pump 15, and an engine exhaust heat exchanger 16.

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 gas engine 11 is a single cylinder small engine. For example, propane gas can be used as the fuel gas. A rotation speed sensor 11 a is attached to the gas engine 11. The rotational speed sensor 11 a detects the engine rotational speed R of the gas engine 11 and outputs information representing the detected engine rotational speed R to the engine control device 30.

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 generator 12 is connected to the output shaft of the gas engine 11 and is configured to operate by driving the gas engine 11 to generate power. The DC power (electric energy) generated by the generator 12 is converted into AC by the inverter 13.

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 inverter 13 is supplied to a distribution board 41 in the home, for example. The distribution board 41 is also supplied with AC power from a commercial power source. Electric power is supplied from the distribution board 41 to each of the electricity utilization devices (electric loads) E1 to E6. The electric current flowing through the electrical wiring connecting the inverter 13 and the distribution board 41 is detected by the power measuring instrument 42. The power meter 42 calculates an electric energy amount (required electric energy amount) E required for the gas engine cogeneration system 1 from the detected current, and performs engine control on information indicating the calculated required electric energy amount E. Output to device 30.

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 engine coolant circuit 14 is constituted by a pipe filled with coolant. The engine coolant circuit 14 is connected to a coolant passage formed in the gas engine 11. A pump 15 and an engine exhaust heat exchanger 16 are connected to the engine coolant circuit 14. When the pump 15 is driven, the coolant in the engine coolant circuit 14 passes through the gas engine 11 to cool the gas engine 11 and absorbs the heat of the exhaust gas discharged from the gas engine 11. Cooling water that has cooled the gas engine 11 and absorbed the heat of the exhaust gas and heated is introduced into the engine exhaust heat exchanger 16, and in the exhaust heat recovery circuit 23, which will be described later, in the engine exhaust heat exchanger 16. Gives heat to the flowing refrigerant.

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 heat recovery unit 20 includes a hot water tank 21, a hot water supply device 22, and an exhaust heat recovery circuit 23. Water such as tap water is supplied into the hot water tank 21. The exhaust heat recovery circuit 23 includes a pipe filled with a refrigerant. The exhaust heat recovery circuit 23 is connected to the engine exhaust heat exchanger 16 in the cogeneration unit 10, and a part thereof passes through the hot water tank 21. A pump 24 is connected to the exhaust heat recovery circuit 23. When the pump 24 is driven, the refrigerant flows through the exhaust heat recovery circuit 23 and is introduced into the engine exhaust heat exchanger 16. In the engine exhaust heat exchanger 16, as described above, the heat from the cooling water that has cooled and heated the gas engine 11 is transferred to the refrigerant in the exhaust heat recovery circuit 23. Thereby, the refrigerant is heated. The refrigerant thus heated flows through the exhaust heat recovery circuit 23 and passes through the hot water tank 21, whereby the water in the hot water tank 21 is heated. In this way, thermal energy is generated by recovering the exhaust heat of the gas engine 11.

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 hot water tank 21 is connected to a hot water supply device 22. The hot water supply device 22 is connected to a domestic heat utilization device H1 (for example, a floor heating device) via a pipe or the like. Accordingly, the hot water in the hot water tank 21 is supplied to the heat utilization device H1 in the home via the hot water supply device 22. The hot water supply device 22 may be a water heater, for example. Further, the hot water supply device 22 calculates a thermal energy amount (required thermal energy amount) H required for the gas engine cogeneration system 1 from the domestic heat utilization device H1, and the magnitude of the calculated required thermal energy amount H. Is output to the engine control device 30.

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 gas engine 11 in the cogeneration unit 10 is configured such that its operation state can be switched between a normal cycle operation and a mirror cycle operation. “Normal cycle operation” is an operation state that realizes a thermodynamic cycle in which the expansion ratio and compression ratio are equal. “Mirror cycle operation” is a thermodynamic cycle in which the expansion ratio is larger than the compression ratio. It is the driving state which realizes. In the present embodiment, the gas engine 11 is configured such that the opening / closing timing of the intake valve in the gas engine 11 is different between the normal cycle operation and the mirror cycle operation. Therefore, a cam (normal cam) used for lifting the intake valve during normal cycle operation and a cam (mirror cam) used for lifting the intake valve during mirror cycle operation are required. Further, a switching mechanism for switching these cams is necessary.

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 gas engine 11. As shown in FIGS. 2 and 3, a camshaft 81 is rotatably disposed in the gas engine 11. The camshaft 81 rotates in conjunction with the rotation of the output shaft of the gas engine 11. A cam unit 82 is attached to the camshaft 81. The cam unit 82 includes an intake mirror cam 83, an intake normal cam 84, and an exhaust cam 85, and these cams are provided so as to be aligned along the axial direction of the camshaft 81. These cams 83, 84, 85 rotate integrally with the camshaft 81. A rocker shaft 86 is disposed in the gas engine 11 in parallel with the camshaft 81. A first roller rocker arm 871, a second roller rocker arm 872, and a third roller rocker arm 873 are swingably attached to the rocker shaft 86. These roller rocker arms 871, 872, and 873 are provided so as to be aligned along the axial direction of the rocker shaft 86. The roller R1 of the first roller rocker arm 871 contacts the cam surface of the intake mirror cam 83, the roller R2 of the second roller rocker arm 872 contacts the cam surface of the intake normal cam 84, and the third roller rocker arm. Each roller rocker arm is attached to the rocker shaft 86 so that the roller 873 of the 873 is in contact with the cam surface of the exhaust cam 85.

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 intake push rod 88 is attached to the first roller rocker arm 871, and an exhaust push rod 89 is attached to the third roller rocker arm 873. The intake valve 90 in the gas engine 11 operates in conjunction with the operation of the intake push rod 88, and the exhaust valve 91 in the gas engine 11 operates in conjunction with the operation of the exhaust push rod 89.

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 roller rocker arm 871 and the second roller rocker arm 872 are formed with holes that are opened on the opposite side surfaces so as to face each other. Accordingly, a passage 876 extending in the axial direction of the camshaft 81 is formed by these holes. A pin 877 serving as a switching mechanism is inserted into the passage 876.

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 pin 877 is configured to change its position in the passage 876 in response to an oil pressure from a hydraulic circuit (not shown). Specifically, the pin 877 has a hole in the first roller rocker arm 871 and a second roller rocker arm 872 so as to straddle the first roller rocker arm 871 and the second roller rocker arm 872 as shown in FIG. As shown in FIG. 3, all the pins 877 are inserted into the holes in the first roller rocker arm 871 and the holes in the second roller rocker arm 872 It can be displaced to a position where it is not inserted (mirror position).

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 intake valve 90 operates according to the cam profile of either the intake mirror cam 83 or the intake normal cam 84, and the exhaust valve 91 operates according to the cam profile of the exhaust cam 85. FIG. 4 is a graph showing changes in the lift amounts of the exhaust valve 91 and the intake valve 90 of the gas engine 11 according to the present embodiment. The horizontal axis in FIG. 4 is the crank angle, and the vertical axis is the lift amount. Curve A represents a change in the lift amount of the exhaust valve 91 when the exhaust valve 91 is operated in accordance with the cam profile of the exhaust cam 85. A curve B represents a change in the lift amount (normal profile) of the intake valve 90 when the intake valve 90 is operated according to the cam profile of the normal cam 84 for intake. A curve C represents a change in the lift amount (mirror profile) of the intake valve 90 when the intake valve 90 is operated according to the cam profile of the intake mirror cam 83.

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 intake valve 90 is operated according to the cam profile of the intake mirror cam 83, the valve opening time is shorter than when the intake valve 90 is operated according to the cam profile of the intake normal cam 84. That is, when the intake mirror cam 83 is used, the intake valve 90 closes earlier than when the intake normal cam 84 is used. Therefore, the compression stroke in the combustion chamber is shortened. Thereby, a mirror cycle in which the expansion ratio is larger than the compression ratio is realized. On the other hand, when the intake normal cam 84 is used, the compression ratio in the compression stroke and the expansion ratio in the expansion stroke are made substantially equal. As a result, a normal cycle in which the compression ratio and the expansion ratio are substantially equal is realized.

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 intake valve 90 represented by the mirror profile is always smaller than the lift amount of the intake valve 90 represented by the normal profile.

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 roller rocker arm 871 receives an operating force accompanying the rotation of the intake mirror cam 83, and the second roller rocker arm 872 receives an operating force accompanying the rotation of the intake normal cam 84. As shown, when the pin 877 is in the normal position, the first roller rocker arm 871 is connected to the second roller rocker arm 872 via the pin 877. Therefore, the first roller rocker arm 871 operates in conjunction with the second roller rocker arm 872. That is, the first roller rocker arm 871 also receives an operating force accompanying the rotation of the intake normal cam 84. As described above, since the mirror profile is included in the normal profile, when the pin 877 is in the normal position, the normal profile is eventually given priority. The first roller rocker arm 871 and the intake push rod 88 are swung by the operating force accompanying the rotation of the intake normal cam 84. That is, when the pin 877 is in the normal position, the connection state between the intake valve 90 and the cam unit 82 is a normal connection state in which the intake valve 90 operates according to the cam profile of the intake normal cam 84. For this reason, the operation state of the gas engine is set to the normal cycle operation.

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 pin 877 is in the mirror position as shown in FIG. 3, the first roller rocker arm 871 and the second roller rocker arm 872 operate separately. Accordingly, the first roller rocker arm 871 and the intake push rod 88 are swung by the operating force accompanying the rotation of the intake mirror cam 83. That is, when the pin 877 is in the mirror position, the connection state between the intake valve 90 and the cam unit 82 is a mirror connection state in which the intake valve 90 operates according to the cam profile of the intake mirror cam 83. For this reason, the operation state of the gas engine is set to the mirror cycle operation.

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 pin 877 operates so that the connection state between the intake valve 90 and the cam unit 82 can be switched between the normal connection state and the mirror connection state. The operation state of the gas engine 11 according to the present embodiment is configured to be switched between the normal cycle operation and the mirror cycle operation by switching the position of the pin 877 between the normal position and the mirror position. The engine control device 30 controls the position of the pin 877, that is, the connection state between the intake valve 90 and the cam unit 82, that is, the operation state of the gas engine 11.

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 engine control device 30 is configured by a microcomputer including a CPU, ROM, RAM, and the like. As described above, the information indicating the required electrical energy amount E is input from the power measuring device 42 to the engine control device 30, and the information indicating the engine speed R of the gas engine 11 is input from the speed sensor 11a. Information indicating the magnitude of the heat energy amount H is input from the hot water supply device 22. The engine control device 30 controls the engine speed and operating state of the gas engine 11 based on the input information. FIG. 5 is a block diagram showing only the part related to the present embodiment among the functions of the engine control device 30. As shown in FIG. 5, the engine control device 30 includes a rotation speed control unit 31 and an operation state control unit 32. The rotation speed control unit 31 controls the engine rotation speed of the gas engine 11. The operation state control unit 32 controls the operation state of the gas engine 11, specifically, switching between normal cycle operation and mirror cycle operation (that is, switching of the position of the pin 877).

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 engine cogeneration system 1 having the above-described configuration, as described above, when the gas engine 11 is driven, the generator 12 generates electric power along with it, and the electric energy generated by the generator 12 is used in the household electric appliance E1. To E6. Further, the heat energy generated by recovering the heat generated by driving the gas engine 11 is supplied as hot water to a heat utilization device (heat load) H1 in the home.

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 gas engine 11 is being driven, the rotation speed control unit 31 of the engine control device 30 executes a rotation speed control routine. FIG. 6 is a flowchart showing a rotation speed control routine executed by the rotation speed control unit 31. When the rotation speed control routine is activated, the rotation speed control unit 31 first reads out the required electrical energy amount E input from the power measuring instrument 42 in step 11 of FIG. 6 (hereinafter, step is abbreviated as S). Next, a driving output (necessary driving output) T of the gas engine 11 required for the generator 12 to generate an electric energy amount corresponding to the required electric energy amount E is calculated (S12). Subsequently, the rotation speed control unit 31 refers to the characteristic diagram of the drive output with respect to the rotation speed when the gas engine 11 is operated in the mirror cycle, and determines the engine rotation speed corresponding to the required drive output T as the required rotation speed Rr. (S13).

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 gas engine 11 is operated in a mirror cycle. As shown in FIG. 7, as the rotational speed increases, the drive output also increases. The rotational speed control unit 31 calculates the required rotational speed Rr corresponding to the necessary drive output T with reference to such a characteristic diagram.

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 speed control unit 31 outputs the calculated required rotational speed Rr to the gas engine 11 (S14). Thus, the engine speed of the gas engine 11 is controlled so that the engine speed of the gas engine 11 matches the required speed Rr. Thereafter, the rotation speed control unit 31 ends this routine.

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 speed control unit 31 executes the rotation speed control routine, so that the engine rotation speed of the gas engine 11 is set according to the amount of electric energy E required for the gas engine cogeneration system 1. Change. Specifically, the engine speed of the gas engine 11 is controlled so that the engine speed decreases as the required electrical energy amount E decreases. Therefore, a power generation amount commensurate with the required electric energy amount E can be obtained, and useless power generation can be suppressed. For this reason, engine efficiency can be improved.

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 gas engine 11 is being driven, the operation state control unit 32 of the engine control device 30 executes an operation state control routine. FIG. 8 is a flowchart showing an operation state control routine executed by the operation state control unit 32. When the operation state control routine is activated, the operation state control unit 32 first determines in S21 of FIG. 8 whether or not the elapsed time t is greater than the reference time t0. Here, the elapsed time t is an elapsed time since the gas engine 11 was started. The reference time t0 is determined in advance as a time required for the gas engine 11 to start and stabilize.

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 gas engine 11 is in the initial stage of starting and is not sufficiently warmed (not stable), the operating state control unit 32 performs S26. Proceed with the process. In S <b> 26, a normal operation signal is output to the gas engine 11. Accordingly, the position of the pin 877 is controlled so that the pin 877 in the gas engine 11 is positioned at the normal position. For this reason, the operation state of the gas engine 11 is set to the normal cycle operation. Thereafter, the operating state control unit 32 ends this routine.

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 gas engine 11 has already been sufficiently warmed (stable), the operating state control unit 32 advances the process to S22. . In S <b> 22, the operation state control unit 32 reads the required heat energy amount H input from the hot water supply device 22. Next, the operating state control unit 32 calculates a predicted heat energy amount H1 (S23). The predicted heat energy amount is a predicted value of the heat energy amount generated by the cogeneration system 1 when the gas engine 11 is operated in a mirror cycle at the engine speed controlled by the rotation speed control unit 31. . The calculation of the predicted heat energy amount H1 can be performed, for example, by investigating the relationship between the rotational speed of the gas engine 11 that is operating in the mirror cycle and the exhaust heat amount in advance, and based on the investigation result.

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 state control unit 32 determines whether or not the predicted heat energy amount H1 is larger than the required heat energy amount H (S24). When it is determined that the predicted heat energy amount H1 is equal to or greater than the required heat energy amount H (S24: Yes), the operation state control unit 32 advances the process to S25. In S25, a mirror operation signal is output to the gas engine 11. Accordingly, the position of the pin 877 is controlled so that the pin 877 in the gas engine 11 is positioned at the mirror position. For this reason, the operation state of the gas engine 11 is set to the mirror cycle operation. Thereafter, the operating state control unit 32 ends this routine.

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 state control unit 32 advances the process to S26. In S <b> 26, a normal operation signal is output to the gas engine 11. Accordingly, the position of the pin 877 is controlled so that the pin 877 in the gas engine 11 is positioned at the normal position. For this reason, the operation state of the gas engine 11 is set to the normal cycle operation. Thereafter, the operating state control unit 32 ends this routine.

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 speed control unit 31 and the operating state control unit 32, the engine rotational speed is controlled so that the engine rotational speed R decreases as the required electrical energy amount E decreases, and the predicted thermal energy amount. When H1 is greater than or equal to the required heat energy amount H, the gas engine 11 is operated in a mirror cycle, and when the predicted heat energy amount H1 is less than the required heat energy amount H, the gas engine 11 is operated in a normal cycle.

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 engine control device 30 controls the gas engine 11 as described above to cause the gas engine 11 to perform a mirror cycle operation at the rotation speed controlled by the rotation speed control unit 31. If the heat energy corresponding to the heat energy required for the cogeneration system 1 can be supplied, the operation state is set to the mirror cycle operation. In this case, since the operation state is the mirror cycle operation, the engine efficiency is improved. On the other hand, when the heat energy corresponding to the required heat energy cannot be supplied by the heat energy generated when the gas engine 11 is operated in the mirror cycle at the rotation speed controlled by the rotation speed control unit 31, the operation state is Normal cycle operation is performed. 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 this embodiment, sufficient heat energy by performing efficient operation of the gas engine 11 by performing mirror cycle operation at a rotational speed controlled according to the required amount of electric energy and performing normal cycle operation. Can be made compatible with the supply of

(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 intake mirror cam 83 is provided in the gas engine 11 has been described. However, a plurality of (for example, three) intake mirror cams are provided in the gas engine 11 to rotate the engine. Depending on the number, one intake mirror cam may be selected from among a plurality of intake mirror cams, and the gas engine 11 may be operated in a mirror cycle using the selected intake mirror cam. In this case, the configuration in the vicinity of the camshaft in the gas engine 11 may be as shown in FIG. According to FIG. 9, the cam unit 82 attached to the camshaft 81 disposed in the gas engine 11 includes the intake first mirror cam 831, the intake second mirror cam 832, the intake third mirror cam 833, and the intake air. A normal cam 84 and an exhaust cam 85 are provided, and these cams are provided in this order along the axial direction of the camshaft 81. These cams 831, 832, 833, 84, and 85 rotate integrally with the camshaft 81. The intake valve 90 operates in accordance with any one of the intake cams 831, 832, 833, and 834, and the exhaust valve 91 operates in accordance with the cam profile of the exhaust cam 85.

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 rocker shaft 86 disposed in the gas engine 11 in parallel with the camshaft 81 is provided with a first roller rocker arm 871, a second roller rocker arm 872, a third roller rocker arm 873, a fourth roller rocker arm 874, A fifth roller rocker arm 875 is swingably attached. These roller rocker arms 871, 872, 873, 874, and 875 are provided so as to be arranged in this order along the axial direction of the rocker shaft 86. The roller R1 of the first roller rocker arm 871 comes into contact with the cam surface of the first mirror cam 831 for intake, the roller R2 of the second roller rocker arm 872 comes into contact with the cam surface of the second mirror cam 832 for intake, and the third The roller R3 of the roller rocker arm 873 comes into contact with the cam surface of the third mirror cam 833 for intake, the roller R4 of the fourth roller rocker arm 874 comes into contact with the cam surface of the normal cam 84 for intake, and the fifth roller rocker arm Each roller rocker arm is attached to the rocker shaft 86 so that the 875 roller R5 comes into contact with the cam surface of the exhaust cam 85.

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 intake push rod 88 is attached to the first roller rocker arm 871, and an exhaust push rod 89 is attached to the fifth roller rocker arm 875. The intake valve 90 in the gas engine 11 operates in conjunction with the operation of the intake push rod 88, and the exhaust valve 91 in the gas engine 11 operates in conjunction with the operation of the exhaust push rod 89.

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 roller rocker arm 871, the second roller rocker arm 872, and the third roller rocker arm 873, and a bottomed hole is formed in the fourth roller rocker arm 874. These holes are opened on the respective opposing side surfaces of the respective roller rocker arms 871, 872, 873, and 874 so as to face the adjacent roller rocker arms. Moreover, the center axis directions of these holes coincide. Accordingly, a passage 876 extending in the axial direction of the camshaft 81 is formed by these holes. A pin 877 serving as a switching mechanism is inserted into the passage 876.

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 pin 877 is configured to change its position in the passage 876 in response to an oil pressure from a hydraulic circuit (not shown). Specifically, the pin 877 is configured to be displaceable to a normal position, a third mirror position, a second mirror position, and a first mirror position. The normal position is a hole formed in these roller rocker arms 871, 872, 873, 874 such that the pin 877 straddles the first, second, third, fourth roller rocker arms 871, 872, 873, 874. This is the position where the pin 877 is inserted into all of the above. The third mirror position is inserted through holes formed in these roller rocker arms 871, 872, 873 so that the pin 877 straddles the first, second and third roller rocker arms 871, 872, 873, This is a position where the pin 877 is not inserted into the hole formed in the four-roller rocker arm 874. The second mirror position is inserted into holes formed in these roller rocker arms 871 and 872 so that the pin 877 straddles the first and second roller rocker arms 871 and 872, and the third and fourth roller rocker arms It is a position where the pin 877 is not inserted into the hole formed in 873,874. In the first mirror position, the pin 877 is inserted only into the hole formed in the first roller rocker arm 871, and is inserted into the hole formed in the second, third and fourth roller rocker arms 872, 873, 874. It is not a position. The case where the pin 877 is in the normal position is shown in FIG. 9A, the case where the pin 877 is in the third mirror position is shown in FIG. 9B, and the case where the pin 877 is in the second mirror position. 9 (c), and the case where the pin 877 is at the first mirror position is shown in FIG. 9 (d).

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 exhaust valve 91 and the intake valve 90 of the gas engine 11 according to the present embodiment. The horizontal axis in FIG. 10 is the crank angle, and the vertical axis is the lift amount. Curve A represents a change in the lift amount of the exhaust valve 91 when the exhaust valve 91 is operated in accordance with the cam profile of the exhaust cam 85. A curve B represents a change in the lift amount (normal profile) of the intake valve 90 when the intake valve 90 is operated according to the cam profile of the normal cam 84 for intake. A curve C represents a change in the lift amount of the intake valve 90 (third mirror profile) when the intake valve 90 is operated according to the cam profile of the intake third mirror cam 833. A curve D represents a change in the lift amount of the intake valve 90 (second mirror profile) when the intake valve 90 is operated according to the cam profile of the intake second mirror cam 832. A curve E represents a change in the lift amount of the intake valve 90 (first mirror profile) when the intake valve 90 is operated according to the cam profile of the intake first mirror cam 831.

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 intake valve 90, when the intake valve 90 is operated according to the cam profile of the intake first mirror cam 831 (curve E), the opening time of the intake valve 90 is the shortest (that is, the earliest). close up). When the intake valve 90 is operated according to the cam profile of the intake second mirror cam 832 (curve D), the valve opening time of the intake valve 90 is the next shortest (and then closed earlier), and according to the cam profile of the intake third mirror cam 833 When the intake valve 90 is activated, the opening time of the intake valve 90 is the next shortest (and then closes earlier). When the intake valve 90 is operated according to the cam profile of the normal intake cam 84, the valve opening time of the intake valve 90 is the longest (closed latest). In this case, the compression ratio in the compression stroke is substantially equal to the expansion ratio in the expansion stroke. Therefore, by driving the gas engine 11 using the intake normal cam 84, a normal cycle operation in which the compression ratio and the expansion ratio are substantially equal is realized. By driving the gas engine 11 using other intake cams, mirror cycle operation in which the expansion ratio is larger than the compression ratio is realized.

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 intake valve 90 represented by the third mirror profile is always smaller than the lift amount of the intake valve 90 represented by the normal profile, and the lift amount of the intake valve 90 represented by the second mirror profile is the third mirror profile. The lift amount of the intake valve 90 represented by the first mirror profile is always smaller than the lift amount of the intake valve 90 represented by the second mirror profile.

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 roller rocker arm 871 connected to the intake valve 90 via the intake push rod 88 receives an operating force accompanying the rotation of the intake first mirror cam 831. The second roller rocker arm 872 receives an operating force accompanying the rotation of the intake second mirror cam 832, and the third roller rocker arm 873 receives an operating force accompanying the rotation of the intake third mirror cam 833, and receives the fourth roller rocker arm 873. The arm 874 receives an operating force accompanying the rotation of the intake normal cam 84. At this time, as shown in FIG. 9A, when the pin 877 is in the normal position, the first, second, third, and fourth roller rocker arms 871, 872, 873, and 874 are connected via the pin 877. . The cam having the largest cam profile among the cams for operating the connected roller rocker arms is the intake normal cam 84. Therefore, when the pin 877 is in the normal position, the first roller rocker arm 871 operates in accordance with the normal profile, and accordingly, the intake valve 90 connected to the first roller rocker arm 871 via the intake push rod 88 is also included. Works according to the normal profile. That is, when the pin 877 is in the normal position, the connection state between the intake valve 90 and the cam unit 82 is a mirror connection state in which the intake valve 90 operates according to the cam profile of the intake normal cam 84, and the operation of the gas engine 11 is performed. The state is set to normal cycle operation.

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 pin 877 is at the third mirror position, the first, second, and third roller rocker arms 871, 872, and 873 are connected via the pin 877. The cam having the largest cam profile among the cams for operating the connected roller rocker arms is the third mirror cam 833. Therefore, when the pin 877 is at the third mirror position, the first roller rocker arm 871 operates according to the third mirror profile, and accordingly, the intake valve 90 connected to the first roller rocker arm 871 also follows the third mirror profile. Operate. That is, when the pin 877 is at the third mirror position, the connection state between the intake valve 90 and the cam unit 82 is the third mirror connection state in which the intake valve 90 operates according to the cam profile of the intake third mirror cam 833, The operation state of the gas engine 11 is set to the mirror cycle operation (third mirror cycle operation) using the third mirror cam 833.

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 pin 877 is at the second mirror position, the first and second roller rocker arms 871 and 872 are connected via the pin 877. The cam having the largest cam profile among the cams for operating the connected roller rocker arms is the second mirror cam 832. Accordingly, when the pin 877 is at the second mirror position, the first roller rocker arm 871 operates according to the second mirror profile, and accordingly, the intake valve 90 connected to the first roller rocker arm 871 also follows the second mirror profile. Operate. That is, when the pin 877 is in the second mirror position, the connection state between the intake valve 90 and the cam unit 82 is the second mirror connection state in which the intake valve 90 operates according to the cam profile of the intake second mirror cam 832. The operation state of the gas engine 11 is set to the mirror cycle operation (second mirror cycle operation) using the second mirror cam 832.

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 pin 877 is at the first mirror position, the first roller rocker arm 871 operates alone. Therefore, when the pin 877 is at the first mirror position, the first roller rocker arm 871 is operated according to the cam profile (first mirror profile) of the first mirror cam 831 and is connected to the first roller rocker arm 871 accordingly. The intake valve 90 also operates according to the first mirror profile. That is, when the pin 877 is at the first mirror position, the connection state between the intake valve 90 and the cam unit 82 is the first mirror connection state in which the intake valve 90 is operated according to the cam profile of the intake first mirror cam 831. The operation state of the gas engine 11 is set to the mirror cycle operation (first mirror cycle operation) using the first mirror cam 831.

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 pin 877 operates so that the connection state between the intake valve 90 and the cam unit 82 can be switched between the normal connection state and the plurality of mirror connection states. The operating state of the gas engine 11 according to this embodiment is switched to either the normal cycle operation or the plurality of mirror cycle operations by switching the position of the pin 877 to either the normal position or the plurality of mirror positions. It is configured to be able to. The engine control device 30 controls the position of the pin 877, that is, the connection state between the intake valve 90 and the cam unit 82, that is, the operation state of the gas engine 11.

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 speed control unit 31 of the engine control device 30 performs the same process as the process shown in the flowchart shown in FIG. To control. In this case, the rotation speed control unit 31 refers to the characteristic diagram of the drive output with respect to the rotation speed when the first mirror cycle operation with the highest efficiency is performed in calculating the required rotation speed Rr in S13.

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 state control part 32 of the engine control apparatus 30 performs the driving | running state control routine shown in FIG. When the operation state control routine shown in FIG. 11 is started, the operation state control unit 32 first determines whether or not the elapsed time t is larger than the reference time t0 in S31 of FIG. When the elapsed time t is equal to or less than the reference time t0 (S31: No), that is, when the gas engine 11 is in the initial stage of starting and is not sufficiently warmed (not stable), the operation state control unit 32 performs S42. Proceed with the process. In S <b> 42, a normal operation signal is output to the gas engine 11. Accordingly, the position of the pin 877 is controlled so that the pin 877 in the gas engine 11 is positioned at the normal position. For this reason, the operating state of the gas engine 11 is set to the normal operating state. Thereafter, the operating state control unit 32 ends this routine.

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 gas engine 11 is already sufficiently warmed (stable), the operation state control unit 32 advances the process to S32. . In S <b> 32, the operation state control unit 32 reads out the required heat energy amount H input from the hot water supply device 22. Next, a first predicted heat energy amount H1 is calculated (S33). The first predicted thermal energy amount H1 is a predicted value of the thermal energy amount generated by the cogeneration system 1 when the gas engine 11 is operated in the first mirror cycle at the engine speed controlled by the rotational speed control unit 31. It is. Subsequently, the operation state control unit 32 calculates the second predicted heat energy amount H2 (S34). The second predicted thermal energy amount H2 is a predicted value of the thermal energy amount generated by the cogeneration system 1 when the gas engine 11 is operated in the second mirror cycle at the engine speed controlled by the rotational speed control unit 31. It is. Next, the operation state control unit 32 calculates a third predicted heat energy amount H3 (S35). The third predicted thermal energy amount H3 is a predicted value of the thermal energy amount generated by the cogeneration system 1 when the gas engine 11 is operated in the third mirror cycle at the engine speed controlled by the rotational speed control unit 31. It is. The first predicted thermal energy amount H1 is smaller than the second predicted thermal energy amount H2, and the second predicted thermal energy amount H2 is smaller than the third thermal energy amount H3.

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 state control unit 32 advances the process to S36. In S36, the operation state control unit 32 determines whether or not the first predicted thermal energy amount H1 is equal to or greater than the required thermal energy amount. When the first predicted heat energy amount H1 is equal to or greater than the required heat energy amount (S36: Yes), the operation state control unit 32 outputs a first mirror operation signal (S39). Thereby, the pin 877 in the gas engine 11 is positioned at the first mirror position, and the operation state of the gas engine 11 is set to the first mirror cycle operation. After outputting the first mirror operation signal, the operation state control unit 32 ends this routine.

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 state control unit 32 advances the process to S37. In S37, the operation state control unit 32 determines whether or not the second predicted thermal energy amount H2 is equal to or greater than the required thermal energy amount H. When the second predicted heat energy amount H2 is equal to or greater than the required heat energy amount H (S37: Yes), the operation state control unit 32 outputs a second mirror operation signal (S40). Thereby, the pin 877 in the gas engine 11 is positioned at the second mirror position, and the operation state of the gas engine 11 is set to the second mirror cycle operation. After outputting the second mirror operation signal, the operation state control unit 32 ends this routine.

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 state control unit 32 advances the process to S38. In S38, the operation state control unit 32 determines whether or not the third predicted heat energy amount H3 is equal to or greater than the required heat energy amount H. When the third predicted heat energy amount H3 is equal to or greater than the required heat energy amount H (S38: Yes), the operation state control unit 32 outputs a third mirror operation signal (S41). Thereby, the pin 877 in the gas engine 11 is positioned at the first mirror position, and the operation state of the gas engine 11 is set to the first mirror cycle operation. After outputting the first mirror operation signal, the operation state control unit 32 ends this routine.

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 state control unit 32 proceeds to S42 and outputs a normal operation signal to the gas engine 11. . Accordingly, the position of the pin 877 is controlled so that the pin 877 in the gas engine 11 is positioned at the normal position. For this reason, the operating state of the gas engine 11 is set to the normal operating state. Thereafter, the operating state control unit 32 ends this routine.

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 state control unit 32 executes the above-described operating state control routine. The operating state changes to cycle operation, second mirror cycle operation, and third mirror cycle operation. Specifically, the gas engine is operated in a mirror cycle by using a mirror cam in which the expansion ratio with respect to the compression ratio increases as the required heat energy amount H decreases. Therefore, the gas engine 11 can be operated in a mirror cycle so that the engine efficiency is maximized while supplying the heat energy corresponding to the required heat energy amount.

(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 GHP 2 performs air conditioning by circulating the refrigerant in the refrigerant circuit by driving the gas engine. As shown in FIG. 12, the GHP 2 includes a gas engine 51, a compressor 52, a refrigerant pipe 53, an indoor heat exchanger 54, an outdoor heat exchanger 55, an expansion valve 56, a four-way switching valve 57, and an accumulator. 58, an indoor remote controller 59, and an engine control device 30. The indoor heat exchanger 54, the outdoor heat exchanger 55, the expansion valve 56, and the four-way switching valve 57 are interposed in the refrigerant pipe 53. The refrigerant flows through the refrigerant pipe 53.

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 gas engine 51 is driven by supplying fuel gas. The drive output and exhaust heat of the gas engine 51 are used for generating air conditioning energy by GHP. The compressor 52 has an input shaft connected to the output shaft of the gas engine 51 so that power can be transmitted, and is driven by the driving force of the gas engine 51. The compressor 52 has a discharge port 521 and a suction port 522. One end of the refrigerant pipe 53 is connected to the suction port 522, and the other end of the refrigerant pipe 53 is connected to the discharge port 521. When the compressor 52 is driven, the low-pressure gas refrigerant in the refrigerant pipe 53 is sucked from the suction port 522, the sucked low-pressure gas refrigerant is compressed inside, and the compressed high-pressure gas refrigerant is discharged from the discharge port 521 to the refrigerant pipe 53. To do.

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 indoor heat exchanger 54 and the outdoor heat exchanger 55 introduce the refrigerant in the refrigerant pipe 53, respectively, and exchange heat between the introduced refrigerant and ambient air. As can be seen from FIG. 12, an expansion valve 56 is interposed in the middle of the refrigerant pipe 53 that connects the indoor heat exchanger 54 and the outdoor heat exchanger 55. The expansion valve 56 expands the refrigerant in the refrigerant pipe 53.

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-way switching valve 57 is connected to the discharge port 521 of the compressor 52 via the refrigerant pipe 53. The four-way switching valve 57 is configured to be able to selectively switch between a heating connection state and a cooling connection state. When the four-way switching valve 57 is in the heating connection state, the discharge port 521 of the compressor 52 and the indoor heat exchanger 54 are communicated with each other via the four-way switching valve 57 and the suction port 522 of the compressor 52 and the outdoor heat exchanger 55 are connected. Are communicated via a four-way switching valve 57. On the other hand, when the four-way switching valve 57 is in the cooling connection state, the discharge port 521 of the compressor 52 and the outdoor heat exchanger 55 are communicated with each other via the four-way switching valve 57, and the suction port 522 of the compressor 52 and the indoor heat are connected. The exchanger 54 is in communication with the four-way switching valve 57. During the heating operation, the four-way switching valve 57 is in a heating connection state, and during the cooling operation, the four-way switching valve 57 is in a cooling connection state. An exhaust heat recovery heat exchanger 65 and an accumulator 58 are interposed in the middle of the refrigerant pipe 53 that connects the four-way switching valve 57 and the suction port 522 of the compressor 52.

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 water circuit 60 is connected to the gas engine 51. The cooling water circuit 60 is configured by a cooling water pipe filled with cooling water. In the middle of the cooling water circuit 60, a pump 64 and an exhaust heat recovery heat exchanger 65 are interposed. By operating the pump 64 while the gas engine 51 is being driven, the cooling water in the cooling water circuit 60 cools the gas engine 11. The exhaust heat recovery heat exchanger 65 exchanges heat between the cooling water in the cooling water circuit 60 heated by receiving heat from the gas engine 11 and the refrigerant flowing through the refrigerant pipe between the four-way switching valve 57 and the accumulator 58. .

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 compressor 52 is driven by the gas engine 51, low-pressure gas refrigerant is sucked into the compressor 52 from the suction port 522 and the sucked low-pressure gas refrigerant is compressed. Then, the compressed high-pressure gas refrigerant is discharged from the discharge port 521. The high-pressure gas refrigerant discharged from the discharge port 521 is introduced into the indoor heat exchanger 54 via the four-way switching valve 57. The high-pressure gas refrigerant introduced into the indoor heat exchanger 54 emits heat to the indoor air and condenses while circulating in the indoor heat exchanger 54. At this time, the indoor air is warmed by the heat discharged from the high-pressure gas refrigerant, and the room is heated.

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 indoor heat exchanger 54. Then, the pressure is reduced by expansion by the expansion valve 56 and then introduced into the outdoor heat exchanger 55. While the refrigerant introduced into the outdoor heat exchanger 55 flows through the outdoor heat exchanger 55, it takes away heat from the outside air and partially evaporates.

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 outdoor heat exchanger 55, passes through the four-way switching valve 57, and further passes through the exhaust heat recovery heat exchanger 65. At this time, the refrigerant is heated by the cooling water of the gas engine 51. Thereafter, the refrigerant is supplied to the accumulator 58. In the accumulator 58, the refrigerant is separated into a liquid refrigerant and a low-pressure gas refrigerant. Then, only the low-pressure gas refrigerant returns to the compressor 52 from the suction port 522 of the compressor 52.

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 compressor 52 is driven by the gas engine 51, high-pressure gas refrigerant is discharged from the discharge port 521 of the compressor 52. The high-pressure gas refrigerant discharged from the discharge port 521 is introduced into the outdoor heat exchanger 55 via the four-way switching valve 57. The high-pressure gas refrigerant introduced into the outdoor heat exchanger 55 is condensed by discharging heat to the outside air while circulating in the outdoor heat exchanger 55.

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 outdoor heat exchanger 55. Then, the pressure is reduced by expansion by the expansion valve 56 and then introduced into the indoor heat exchanger 54. While the refrigerant introduced into the indoor heat exchanger 54 circulates in the indoor heat exchanger 54, it takes away the heat of the indoor air and partially evaporates. At this time, the refrigerant removes heat from the room air, thereby cooling the room air and cooling the room.

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 indoor heat exchanger 54, passes through the four-way switching valve 57, and further passes through the exhaust heat recovery heat exchanger 65. At this time, the refrigerant is heated by the cooling water of the gas engine 51. Thereafter, the refrigerant is supplied to the accumulator 58. In the accumulator 58, the refrigerant is separated into a liquid refrigerant and a low-pressure gas refrigerant. Then, only the low-pressure gas refrigerant returns to the compressor 52 from the suction port 522 of the compressor 52.

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 remote controller 59 is configured so that the user can set the indoor set temperature and the like. While the gas engine 11 is being driven, the temperature set by the indoor remote controller 59 and information (indoor temperature information) S regarding the actual indoor temperature are input to the engine control device 30.

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 pressure sensor 62 is attached in the middle of the refrigerant pipe 53 that connects between the discharge port 521 of the compressor 52 and the four-way switching valve 57. The pressure sensor 62 detects the discharge pressure Ph of the compressor 52. Information regarding the detected discharge pressure Ph is input to the engine control device 30.

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 gas engine 51 is provided with a rotation speed sensor 63 that detects the engine rotation speed. Information regarding the engine speed R detected by the speed sensor 63 is input to the engine control device 30.

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 coolant temperature sensor 61 that detects the temperature of coolant discharged from the gas engine 51 is attached to the coolant circuit 60. Information regarding the coolant temperature Tw detected by the coolant temperature sensor 61 is input to the engine control device 30.

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 gas engine 51 is being driven, the engine control device 30 inputs information from various sensors as described above. Note that detection information from sensors other than the above-described sensors may be input to the engine control device 30. And the engine control apparatus 30 controls the engine speed and driving | running state of the gas engine 51 based on the input information. As with the gas engine of the first embodiment, the operation state of the gas engine 51 of the present embodiment is configured to be switchable between a normal cycle operation and a mirror cycle operation.

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 engine control device 30 according to the present embodiment also includes a rotation speed control unit 31 and an operation state control unit 32 as in the engine control device 30 described in the first embodiment (see FIG. 5). The rotational speed control unit 31 controls the engine rotational speed R of the gas engine 51 by executing a rotational speed control routine while the gas engine 51 is being driven.

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 speed control unit 31 according to the present embodiment. When this routine is started, the rotational speed control unit 31 firstly receives information (cooling water temperature Tw, engine rotational speed R, discharge pressure Ph, indoor temperature information S, etc.) input to the engine control device 30 in S51 of FIG. ). Next, an air conditioning energy amount (required air conditioning energy amount) L required for the GHP 2 is calculated based on the read information (S52). The required air conditioning energy L can be calculated from, for example, the difference between the set temperature obtained from the room temperature information S and the actual room temperature. Next, the rotation speed control unit 31 calculates the drive output (required drive output) T of the gas engine 51 required for the GHP 2 to generate the required air conditioning energy L (S53). Subsequently, the rotation speed control unit 31 refers to the characteristic diagram of the drive output with respect to the rotation speed when the gas engine 51 is operated in the mirror cycle, and determines the engine rotation speed corresponding to the required drive output T as the required rotation speed Rr. (S54).

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 gas engine 51 is operated in a mirror cycle. As shown in FIG. 14, as the rotational speed increases, the drive output also increases. The rotational speed control unit 31 calculates the required rotational speed Rr corresponding to the necessary drive output T with reference to such a characteristic diagram.

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 speed control unit 31 outputs the calculated required rotational speed Rr to the gas engine 51 (S55). Thus, the engine speed of the gas engine 51 is controlled so that the engine speed of the gas engine 51 matches the required speed Rr. Thereafter, the rotation speed control unit 31 ends this routine.

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 gas engine 51 changes according to the magnitude of the air conditioning energy amount L required for the GHP by the engine speed controller 31 executing the engine speed control routine as described above. Specifically, the engine speed of the gas engine 51 is controlled so that the engine speed decreases as the required air conditioning energy amount L decreases. Therefore, it is possible to obtain a power generation amount commensurate with the required air conditioning energy amount L, and to suppress wasteful power generation. For this reason, engine efficiency can be improved.

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 gas engine 51 is being driven, the operation state control unit 32 of the engine control device 30 executes an operation state control routine. FIG. 15 is a flowchart showing an operation state control routine executed by the operation state control unit 32 according to the present embodiment. When the operation state control routine is activated, the operation state control unit 32 first determines whether or not the operation state of the GHP is a specific operation state in S61 of FIG. Here, the specific operation state is an operation state in which it is determined that a large amount of air conditioning energy is necessary. For example, an operating state in which it is determined that an air conditioning energy amount larger than the air conditioning energy amount that can be obtained when the gas engine 51 is operated in a mirror cycle at the rotational speed controlled by the rotational speed control unit 31. However, the specific operation state may be set.

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 GHP 2 that is determined to require a large amount of air conditioning energy. Note that whether or not the operating state of the GHP 2 is the specific operating state may be determined based on information from various sensors input to the engine control device 30. Or you may be comprised so that the engine control apparatus 30 may acquire the driving | running state of GHP2 from the GHP control apparatus (not shown) provided in GHP2.

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 state control unit 32 determines in S61 that the operation state of the GHP2 is the specific operation state (S61: Yes), the operation state control unit 32 outputs a normal operation signal to the gas engine 51 (S62). Thereby, the operation state of the gas engine 51 is set to the normal cycle operation. Thereafter, the operating state control unit 32 ends this routine.

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 gas engine 51 is changed to the mirror operation state. Thereafter, the operating state control unit 32 ends this routine.

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 GHP 2 is not the specific operation state, the operation state of the gas engine 51 is set to the mirror cycle operation. For this reason, GHP2 can be driven efficiently.

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 GHP 2 is a startup initial state that is one of the specific operation states, the operation state of the gas engine 51 is set to the normal cycle operation. For this reason, although the efficiency is lowered, the engine output is increased, so that the room temperature can be quickly reached the target temperature and the comfort can be improved.

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 GHP 2 is a low temperature heating operation state that is one of the specific operation states, the operation state of the gas engine 51 is set to the normal cycle operation. For this reason, although the efficiency is reduced, the amount of heat exhausted from the gas engine 51 is increased, so that the amount of heat transferred to the refrigerant in the exhaust heat exchanger 65 is increased. In this way, the shortage of heat that cannot be sufficiently obtained from the outside air can be compensated.

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 gas engine 51 is set to the normal cycle operation. For this reason, although the efficiency is reduced, the amount of heat exhausted from the gas engine 51 is increased, so that the amount of heat transferred to the refrigerant in the exhaust heat exchanger 65 is increased. For this reason, the temperature of the refrigerant | coolant sent to the outdoor heat exchanger 55 at the time of a defrost operation increases more, and it can defrost quickly.

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 engine cogeneration system 1 that generates electric energy and thermal energy, and its operation state can be switched between a normal cycle operation and a mirror cycle operation, and a drive output is used for electric energy. A control device (engine control device 30) of the gas engine 11 in which exhaust heat is used for heat energy is disclosed. The engine control device 30 includes a rotation speed control unit 31 and an operation state control unit 32. The rotational speed control unit 31 gasses the amount of electrical energy corresponding to the required electrical energy amount H to the gas engine cogeneration system 1 based on the output characteristics (FIG. 7) with respect to the rotational speed of the gas engine 11 during mirror cycle operation. The rotation speed of the gas engine 11 is controlled so that the engine cogeneration system 1 can be generated. The operating state control unit 32 has a predicted thermal energy amount H1 that is predicted to be generated by the gas engine cogeneration system 1 when the gas engine 11 is operated in a mirror cycle at the rotational speed controlled by the rotational speed control unit 31. When the required thermal energy amount H to the cogeneration system 1 is equal to or higher than the required thermal energy amount H, the operation state of the gas engine 11 is the mirror cycle operation, and when the predicted thermal energy amount H1 is less than the required thermal energy amount H, The operation state of the gas engine 11 is controlled so that the normal cycle operation is performed.

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 gas engine 11 by performing the mirror cycle operation at the rotation speed controlled according to the required electric energy amount H, and sufficient thermal energy by performing the normal cycle operation. Can be made compatible with the supply of In addition, when the required heat energy is low, the operation state of the gas engine 11 is basically a mirror cycle operation with a low output, so that the low load operation can be performed only by controlling the rotation speed of the gas engine 11. Therefore, partial load operation at low load can be avoided.

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 gas engine 51 by which drive output and waste heat are utilized for air-conditioning energy (Engine control device 30) is disclosed. The engine control device 30 also includes a rotation speed control unit 31 and an operation state control unit 32. Based on the output characteristics (FIG. 14) with respect to the rotational speed of the gas engine during the mirror cycle operation, the rotational speed control unit 31 is configured so that the GHP2 generates air conditioning energy corresponding to the required air conditioning energy amount L for GHP. The number of revolutions of the engine 51 is controlled. The operation state control unit 32 is configured such that the operation state of the gas engine 51 is a normal cycle operation when the operation state of the GHP2 is the specific operation state, and the operation state of the gas engine 51 is a mirror when the operation state of the GHP2 is not the specific operation state. The operation state of the gas engine 51 is controlled so that the cycle operation is performed.

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 gas engine 51 by performing the mirror cycle operation at the rotation speed controlled according to the required air conditioning energy amount L and the normal cycle operation when in the specific operation state. It is possible to achieve both sufficient supply of air-conditioning energy. Further, when the operating state of the gas engine 51 is not in the specific operating state, the operating state of the gas engine 51 is, as a rule, a mirror cycle operation with a low output. Therefore, partial load operation at low load can be avoided.

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 gas engine 11 shown in the first embodiment includes a cam unit 82 that is attached to a camshaft 81 and has an intake normal cam 84 and an intake mirror cam 83 for operating the intake valve 90, an intake valve 90, and a cam. It operates so that the connection state with the unit 82 can be switched between a normal connection state in which the intake valve 90 operates according to the cam profile of the normal cam 84 and a mirror connection state in which the intake valve 90 operates according to the cam profile of the mirror cam 83. Pins 877. Further, the normal cam 84 is configured so that the operation state of the gas engine 11 becomes a normal cycle operation when the intake valve 90 is operated according to the cam profile, and the mirror cam 83 is operated with the intake valve 90 operated according to the cam profile. In this case, the operation state of the gas engine 11 is configured to be a mirror cycle operation. According to this, the driving | running state control part 32 controls the action | operation of the pump 877, and can switch the driving | running state of the gas engine 11 easily.

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 gas engine 11 shown in the second embodiment, the cam unit 82 includes a plurality of mirror cams (831, 832, 833) having different cam profiles. The operation state control unit 32 then selects one of the plurality of mirror cams (831, 832, 833) based on the required heat energy amount H when the operation state of the gas engine 11 is the mirror cycle operation. And the pin 877 is controlled so that the intake valve 90 operates according to the cam profile of one selected mirror cam. Specifically, a cam having a larger expansion ratio with respect to the compression ratio is selected as the required heat energy amount H is smaller. According to this, the engine efficiency can be further improved by selecting a mirror cam that is more efficient as the required heat energy amount H is smaller.

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 SYMBOLS 1 ... Gas engine cogeneration system, 10 ... Cogeneration unit, 11 ... Gas engine, 11a ... Speed sensor, 12 ... Generator, 14 ... Engine cooling water circuit, 16 ... Engine waste heat exchanger, 20 ... Waste heat recovery Unit: 23 ... Exhaust heat recovery circuit, 30 ... Engine control device, 31 ... Rotational speed control unit, 32 ... Operating state control unit, 42 ... Power measuring device, 51 ... Gas engine, 52 ... Compressor, 53 ... Refrigerant piping, 54 ... Indoor heat exchanger, 55 ... Outdoor heat exchanger, 56 ... Expansion valve, 57 ... Four-way switching valve, 58 ... Accumulator, 59 ... Indoor remote control, 60 ... Cooling water circuit, 61 ... Cooling water temperature sensor, 62 ... Pressure sensor , 63 ... Rotational speed sensor, 81 ... Cam shaft, 82 ... Cam unit, 83 ... Mirror cam for intake, 831 ... First mirror cam for intake, 83 2nd mirror cam for intake, 833 ... 3rd mirror cam for intake, 84 ... Normal cam for intake, 85 ... Cam for exhaust, 86 ... Rocker shaft, 871 ... First roller rocker arm, 872 ... Second roller rocker arm, 873 ... third roller rocker arm, 874 ... fourth roller rocker arm, 875 ... fifth roller rocker arm, 876 ... passage, 877 ... pin (switching mechanism), 88 ... push rod for intake, 89 ... push rod for exhaust, 90 ... Intake valve, 91 ... Exhaust valve, E ... Required electrical energy amount, Eth ... Reference electrical energy amount, H ... Required thermal energy amount, Hth ... Reference thermal energy amount, L ... Air conditioning load, R ... Engine speed, Rr ... Required rotational speed, Rth ... Reference rotational speed

Claims (4)

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.
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.
請求項2に記載のガスエンジンの制御装置において、
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.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載のガスエンジンの制御装置において、
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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