制御装置及び同装置を備えたコージェネレーション装置
【課題】ガス種が異なってもガスエンジンの始動を容易にする。
【解決手段】制御部２２は、第１の運転信号を検出すると第１の開度でクランキングを開始させ、第１の開度による所定回数のクランキングでエンジンの回転が一定の回転数に到達した場合、第１の開度に対応する第１のモードでエンジンの運転を開始させ、エンジンの回転が第１の開度による所定回数のクランキングで一定の回転数に未達の場合、第２の開度を設定してクランキングを開始させ、第２の開度による所定回数のクランキングでエンジンの回転が一定の回転数に到達した場合、第２の開度に対応する第２のモードでエンジンの運転を開始させる制御を行なう。
【解決手段】制御部２２は、第１の運転信号を検出すると第１の開度でクランキングを開始させ、第１の開度による所定回数のクランキングでエンジンの回転が一定の回転数に到達した場合、第１の開度に対応する第１のモードでエンジンの運転を開始させ、エンジンの回転が第１の開度による所定回数のクランキングで一定の回転数に未達の場合、第２の開度を設定してクランキングを開始させ、第２の開度による所定回数のクランキングでエンジンの回転が一定の回転数に到達した場合、第２の開度に対応する第２のモードでエンジンの運転を開始させる制御を行なう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスエンジンの制御装置及び同装置を備えたコージェネレーション装置に関し、例えば、家庭用のコージェネレーション装置に用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
近年、発電ユニットで生じた電力（電気エネルギー）を商用電力系統と連携させて電気負荷に供給すると共に、内燃機関の排熱を利用して生成した温水等（熱エネルギー）を熱負荷に供給するようにした家庭用コージェネレーション装置が知られるようになった。
【０００３】
家庭用コージェネレーション装置では燃料としてガスが使用されることが多く、このため、ガスエンジンが内蔵される。ガスエンジの始動を制御するガスエンジン制御装置の基本原理は、例えば、特許文献１にその詳細が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−４２４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガスエンジンは、ガスと空気の混合気を爆発させることにより回転力を発生させているが、爆発させるためにはクランクシャフトが回転していなければならない。エンジンが停止している状態から、エンジンが継続的に完爆している状態（運転状態）に移行するためには、何らかの手段でクランクシャフトを回転させ、最初の１回を爆発させなければならない。エンジンの制御装置は、停止状態のエンジンのクランクシャフトをスタータモータによって駆動させる「クランキング」によりエンジンの始動制御を行う。
【０００６】
ところで、ガスにはたくさんの種類があり、例えば、国内では、都市ガス１３種類（７グループ）とＬＰガス種類であり、ガス機器は適合するガスの種類が決められている。上記したガスエンジンに適合可能なガスの種類が増えると、あるいは同じガス種であってもそのグループによって熱量（カロリー）が大きく異なることから、その種類やグループ（以下、単に「ガス種」と総称する）によってはクランキングの動作不良によりエンジンの始動が困難になることがある。
【０００７】
本発明は、ガス種が異なってもガスエンジンの始動を容易にする、制御装置及び同装置を備えるコージェネレーション装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、エンジンの始動を制御する制御装置であって、設定される開度にしたがいエンジンに供給するガスの流量を調整する流量調整弁と、第１の運転信号を検出すると第１の開度による所定回数内のクランキングを開始させ、前記エンジンの回転数が基準値に未達の場合、第２の開度による前記所定回数内のクランキングを開始させる制御を行う制御部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の制御装置において、記憶部を有し、前記第１の開度または前記第２の開度による所定回数内のクランキングで前記エンジンの回転数が前記基準値に到達した場合、前記第１の開度または前記第２の開度に対応する第１または第２のモードを前記記憶部に保持することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項２記載の制御装置において、前記制御部は、前記記憶部に前記第１のモードが保持され、第２の運転信号を検出すると、前記第２の運転信号に応じて前記第１の開度で前記クランキングを開始させることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項２記載の制御装置において、前記制御部は、前記記憶部に前記第２のモードが保持され、第２の運転信号を検出すると、前記第２の運転信号に応じて前記第２の開度で前記クランキングを開始させることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載の制御装置において、報知部を更に有し、前記制御部は、前記第１のモード、前記第２のモードのそれぞれによる所定回数内のクランキングで、いずれも前記エンジンの回転数が前記基準値に未達の場合に、前記報知部によりクランキングの不良を報知することを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明は、前記請求項１〜５のいずれか１項記載の制御装置を有するコージェネレーション装置である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明によれば、制御部は、第１の運転信号を検出すると第１の開度による所定回数内のクランキングを開始させ、エンジンの回転数が基準値に未達の場合、第２の開度による所定回数内のクランキングを開始させる。このように、燃料流量弁の開度を段階的に変化させることにより、ガス種に依存することなくエンジンの始動を可能とする制御装置を提供することができる。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、制御部は、第１の開度または第２の開度による所定回数内のクランキングでエンジンの回転数が基準値に到達した場合、第１の開度または第２の開度に対応する第１または第２のモードを記憶部に保持する。したがって、エンジン回転数が基準値に達した第１のモードまたは第２のモードの少なくとも一つを記憶部に保持することにより、次回始動時保持したモードにしたがいエンジンの始動を制御する。このため、早い段階でエンジンを始動させることができ、したがって、始動までの待ち時間が短縮されエンジン出力を負荷に早期に供給できる。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、制御部は、記憶部に第１のモードが保持されていたときに第２の運転信号を検出すると、第２の運転信号に応じて第１の開度でクランキングを開始させる。このため、第２のモードによるクランキングの試行回数が減少することからエンジン始動に要する時間が短縮される。
【００１７】
請求項４に係る発明によれば、制御部は、記憶部に第２のモードが保持されていたときに第２の運転信号を検出すると、第２の運転信号に応じて第２の開度でクランキングを開始する。このため、第１のモードによるクランキングの試行回数が減少することからエンジン始動に要する時間が短縮される。
【００１８】
請求項５に係る発明によれば、制御部は、第１のモードと第２のモードのいずれかのクランキングでエンジンの回転が所定の回転数に未達の場合に、報知部によりクランキングの不良を報知する。したがって、運転者は報知部によりエンジン始動の失敗を認識することができる。
【００１９】
請求項６に係る発明によれば、ガス種に依存することなくガスエンジンの始動を可能とする制御装置をコージェネレーション装置に適用することで、発電ユニットで生じた電力を商用電力系統と連携させて電気負荷に供給すると共に、エンジンの排熱を利用して生成した温水等を熱負荷に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る制御装置を内蔵するコージェネレーション装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１の流量調整弁の機構図である。
【図３】図２の流量調整弁の開口部断面を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る制御装置のクランキング不良時の動作を示すタイミング図である。
【図５】本発明の実施形態に係る制御装置のクランキング成功時の動作を示すタイミング図である。
【図６】本発明の実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】図６の動作の続きを示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態に係る制御装置の動作をグラフ上で従来例と対比して示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
【実施例】
【００２２】
図１に、コージェネレーション装置の全体構成が示されている。コージェネレーション（cogeneration）は、「combined heat and power」ともいわれ、内燃機関、外燃機関等の排熱を利用して動力・温熱・冷熱を取り出し、総合エネルギー効率を高める、新エネルギー供給システムのひとつである。なお、コージェネ、コジェネとも呼ばれることもある。
【００２３】
（コージェネレーション装置の構成）
コージェネレーション装置１０は、商用電源（商用電力系統）３０から電気負荷３１に至る交流電力の給電路に接続可能な、発電機１１（スタータ／ジェネレータ）と、発電機１１を駆動するエンジン１２と、エンジン１２の冷却水を排気熱と熱交換させて昇温する熱交換器１３とを主要部品として有する。そして、熱交換器１３で昇温させられた冷却水が供給されて温水などを生成する排熱利用給湯暖房ユニット等の熱負荷３２が接続される。
【００２４】
商用電源３０は、単相３線からＡＣ１００／２００Ｖで５０Ｈｚ（または６０Ｈｚ）の交流電力を出力する。発電機１１とエンジン１２とは、熱交換器１３と共にコージェネレーション装置１０の筐体内部に収容される。
【００２５】
エンジン１２は、複数種のガスを燃料とする、水冷４サイクルの単気筒ＯＨＶ（Over Head Valve）型の火花点火式のエンジンであり、例えば１６３ｃｃの排気量を備える。エンジン１２が内蔵する不図示のシリンダヘッド及びシリンダブロックは水平方向（横向き）に配置され、その内部に１個のピストン（不図示）が往復動自在に配置される。ピストンには鉛直方向に配置されるクランクシャフト４０が連結される。クランクシャフト４０近傍にはクランク角センサ１４が設けられている。
【００２６】
発電機１１は多極コイルを備え、クランクシャフト４０の上端に取り付けられるフライホイールの内側のクランクケース上に固定される。発電機１１は、フライホイールとの間で相対回転するとき、交流電力を生成する。発電機１１は、商用電源３０（あるいは図示しないバッテリ）から通電されるとき、エンジン１２をクランキングするスタータモータとしても機能する。
【００２７】
エア供給源３３から供給されるエア（吸気）は、エアクリーナ１５を通ってミキサ１６に供給される。一方、燃料供給源３４から供給されるガスは、ガス供給路１７、遮断弁１８、流量調整弁１９を介して供給され、そこでエアと混合させられる。つまり、ミキサ１６で混合気が生成される。
【００２８】
ミキサ１６で生成された混合気はエンジン１２内部の燃焼室（図示せず）に流れる。燃焼室の付近には不図示の点火プラグが配置される。点火プラグは、図示しないバッテリの出力がパワートランジスタやイグニッションコイルなどからなる点火装置を介して供給されると、燃焼室に臨む電極間に火花放電を生じ、混合気を着火して燃焼させる。よって生じた排気（排ガス）はエンジン１２から出力され、熱交換器１３を介してエンジン１２に接続される排気管２０を通って筐体の外に排出される。
【００２９】
発電機１１の出力はインバータユニット２１に送られる。インバータユニット２１は発電機１１の出力をＡＣ１００／２００Ｖ（単相）に変換する。インバータユニット２１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit；電子制御ユニット）からなる制御部２２の指令を受けて発電機１１の機能をスタータとジェネレータの間で切り替える。制御部２２には、熱負荷３２の操作ユニット３５が接続される。また、記憶部２３と報知部２４、並びに、電動モータ２５〜２７が接続されている。電動モータ２５は、遮断弁１８，電動モータ２６は流量調整弁１９、電動モータ２７は、ミキサ１６が内蔵するスロットル弁２８をそれぞれ駆動する。
【００３０】
制御部２２は、操作ユニット３５により入力される情報、およびクランク角センサ１４他、各種センサを介して入力された情報に基づき、電動モータ２５〜２７を制御することにより、遮断弁１８，流量調整弁１９，スロットル弁２８を制御してエンジン１２の始動と運転の制御を行う。
【００３１】
制御部２２は、第１の運転信号（エンジン始動要求）を検出すると第１の開度による所定回数内のクランキングを開始させ、エンジン１２の回転数が基準値に未達の場合、第２の開度による所定回数内のクランキングを開始させる制御を行う。
【００３２】
また、制御部２２は、第１の開度または第２の開度による所定回数内のクランキングでエンジンの回転数が基準値に到達した場合、第１の開度または第２の開度に対応する第１または第２のモードを記憶部２３に保持する。制御部２２は、記憶部２３に第１のモードが保持され、第２の運転信号（次回エンジン始動要求）を検出すると、第２の運転信号に応じて第１の開度でクランキングを開始させ、記憶部２３に第２のモードが保持され、第２の運転信号を検出すると、第２の運転信号に応じて第２の開度でクランキングを開始させる制御も行う。
【００３３】
また、制御部２２は、第１のモード、第２のモードのそれぞれによる所定回数内のクランキングで、いずれもエンジン１２の回転数が基準値に未達の場合に、報知部２４によりクランキングの不良を報知する制御も行う。
【００３４】
ここでいう「開度」とは、例えば、図３に示すように、燃料調整弁１９として用いられるニードルバルブアセンブリのニードル１９ｅとオリフィス１９ｆとの間に形成される開口部１９ｇの開口面積のことをいう。この開口面積は、制御部２２が、ニードル１９ｅの上下動を駆動するステップモータ１９ａのステップ数を制御することによって可変設定する。すなわち、制御部２２は、第１の開度ａで複数回のクランキングによる始動を試み、基準値となるアイドリング回転数に到達しなければ、更に第２の開度ｂによる複数回のクランクキングによる始動を試みる構成とした。例えば、遮断弁１８の開弁時間が７５秒以内になっていた場合、８秒要するクランキングを３回、３セット（７２秒）行うことが可能である。また、「モード」とは、設定された開度毎に行われる複数回（例えば３回）のクランキングセットのことをいう。
【００３５】
インバータユニット２１の出力は屋内配電盤３６に送られる。屋内配電盤３６は、過電流の通電などを防止する主幹ブレーカと、インバータユニット２１の出力に商用電源３０の電力を加えて電気負荷３１に供給する分電盤と、発電機１１の専用ブレーカと、商用電源３０から主幹ブレーカに至る給電路に配置されてそこを流れる交流電力の電流に応じた信号を生じる電流センサなどを備える。即ち、インバータユニット２１の出力は、屋内配電盤３６で商用電源３０の電力と連系されて電気負荷３１に供給される。
【００３６】
インバータユニット２１の出力は、屋内配電盤３６で商用電源３０から電気負荷３１に至る交流電力の給電路に接続可能にされる。尚、発電機１１の発電出力（定格電力）は、１．ＯｋＷ程度である。
【００３７】
符号２９は、エンジン１２を冷却する冷却水（不凍液）の通路(以下、「冷却水通路」という)を示す。冷却水通路２９は、エンジン１２のシリンダブロックとオイルタンクや熱交換器１３を通り、熱負荷３２に接続される。熱交換器１３において、冷却水は、排気（排ガス）と熱交換して昇温させられる。尚、熱交換器１３は、例えば、冷却水通路２９を変形させ、排気通路２０を覆うような構造としたものである。熱交換器１３を通過した冷却水は、シリンダブロックおよびシリンダヘッドに形成されるシリンダ通路に供給されてエンジン１２と熱交換し、エンジン１２を冷却する。排気やエンジン１２との熱交換によって昇温させられた高温の冷却水は、冷却水通路２９を通ってコージェネレーション装置１０の筐体外部から熱負荷３２に戻される。
【００３８】
（流量調整弁の構造）
図２に、流量調整弁１９として用いられるニードルバルブアセンブリの断面構造が示されている。ニードルバルブアセンブリは、ステップモータ１９ａと、回転軸１９ｂと、プランジャ１９ｃと、ストッパ１９ｄと、ニードル１９ｅと、オリフィス１９ｆとにより構成される。ステップモータ１９ａの回転運動は、プランジャ１９ｃにより上下動の直線運動に変換される。つまり、ステップモータ１９ａのモータ軸１９ｂに取り付けられたリードスクリューの回転が、内壁に筒状のナットを有するプランジャ１９ｃの相対的な回転、及び軸移動が禁止されるように取り付けられたストッパ１９ｄにより直線運動に変換される。ここに示すステップモータ１９ａは、図１の電動モータ２６に相当する。
【００３９】
制御部２２は、プランジャ１９ｃの先端部に配置されてプランジャ１９ｃの往復運動に連携して動作するニードル１９ｅとオリフィス１９ｆとの間に形成される開口部１９ｇの開口面積（以下、開度という）を制御することによってガス管１７を通るガスの流量を調整する。具体的に、図３（ａ）に示す図２の３ａでのニードル１９ｅとオリフィス１９ｆで構成されるニードルバルブ本体のｃ−ｃ断面を、図３（ｂ）（ｃ）（ｄ）のそれぞれに示す。
【００４０】
図３（ｂ）に示されるように、ニードル１９ｅの表面とオリフィス１９ｆの座面とが接触した全閉時のステップモータ１９ａのステップ数（ゼロ）を基準とし、図３（ｃ）に示されるようにステップモータ１９ａに供給されるステップ数がａ（ゼロからのステップ数差）のときの開度を５０％、図３（ｄ）に示されるように、ステップ数がｂのときの開度を７０％として制御することとした。このステップ数との対応関係は、ガス種によって変化させるものとする。
【００４１】
（制御部の動作）
図４に、クランキングによる始動が失敗（クランキング不良）したときの制御部２２の動作が、図５に、クランキングによる始動が成功して運転状態に移行するときの制御部２２の動作が、それぞれ示されている。図４及び図５は、共に、（ａ）クランキングのモード（モード１、モード２，モード３）、（ｂ）クランク角センサ１４の出力、（ｃ）流量調整弁１９の開度（ステップ数：小、中、大）が示されている。なお、図５において、（ｄ）は次回始動時における流量調整弁１９の開度、（ｅ）は、次回始動時におけるクランク角センサ１４出力である。
【００４２】
図４のタイミング図には、制御部２２により設定されるモード毎に各３回のクランキングを行ない、エンジン１２の始動を制御することが示されている。図４によれば、始めに比較的高カロリーのガスから始動できるように流量調整弁１９の開度が比較的小さいモード１を設定して３回のクランキングを実行する。
【００４３】
ここで、３回のクランキングによってもエンジン１２の回転数が基準値であるアイドリング回転数に至らず始動に失敗したことが確認されると、制御部２２は、ガスカロリーが低いと認識して次に大きい開度（中）が設定されるモード２で３回のクランキングを実行する。ここでもエンジン１２の始動に失敗したときに、更にガスカロリーが低いと認識して大きな開度（大）でモード３による３回のクランキングを実行する。なお、ここでは、高カロリーのガスから始動できるように、開度が比較的小さいモードから開度が大きくなモードを順次切り替えエンジン１２の始動を制御することとしたが、順序は問わない。また、各モードにおけるクランキングは３回としたが、３回に制限されず、ガス供給通路１７内のパージを含めて始動に必要な回数を設定すればよい。
【００４４】
図５は、モード２が設定されたときの３回目のクランキングでエンジン１２がアイドリング回転数に至り（完爆状態）、エンジン１２の始動に成功した場合の動作を示している。ここでは、モード２が設定されたときにエンジン１２の始動に成功しているため、エンジン１２の運転開始前に記憶部２３に対しエンジン１２の始動を成功させたモードを保存しておくことにより、次回始動時、保持されたモード２（開度が中）からクランキングを開始することができる。このことにより、早い段階でエンジンを始動させることができ、したがって、始動までの待ち時間が短縮され、エンジン出力を負荷に早期に供給できる。
【００４５】
なお、クランキング回数、エンジン回転数ともに、制御部２２が、エンジン１２のクランク軸近傍に取りつけられるクランク角センサ１４から取得した角度情報に基づき演算することにより導出されるものとする。
【００４６】
以下、図６、図７に示すフローチャートを参照しながら図１に示す制御部２２の動作について詳細に説明する。
【００４７】
図６において、制御部２２は、常時、ユーザ操作によるエンジン始動要求の到来を監視している（ステップＳ１０１）。ここでは、熱負荷３２の操作ユニット３５からの始動ボタン操作を検知するものとする。ここで、エンジン始動が検知されると（ステップＳ１０１”ＹＥＳ”）、制御部２２は、記憶部２３に保持された設定（モード）の読み込みを行う（ステップＳ１０２）。記憶部２３には、前回のエンジン始動が成功したときのモードが保持されているものとする。
【００４８】
ここで、ステップモータ１９ａのステップ数がａのときの開度でエンジン１２の始動を試みる「モード１」が設定されていた場合（ステップＳ１０３”ＹＥＳ”）、制御部２２は、そのモード１にしたがう３回のクランキングを行う（ステップＳ１０４）。次に、制御部２２は、そのクランキングによりエンジンが始動してアイドル回転数に到達したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ここで判定される基準値としてのアイドリング回転数とは、例えば、８００ｒｐｍであり、制御部２２は、クランク角センサ１４によりクランク軸のクランク角に関する情報を取得してエンジン回転数を演算により計算し、アイドリング回転数との差を求めることにより判定する。
【００４９】
ここで、エンジン１２がアイドリング回転数に到達したと判定された場合（ステップＳ１０５”ＹＥＳ”）、その設定（モード１）を記憶部２３に保持し（ステップＳ１１０）、熱負荷３２に例えば給湯を行う運転状態に移行する（ステップＳ１１１）。なお、ここで運転状態とは、クランキングによりエンジン１２が始動し、以降、熱負荷３２により負荷に応じて制御部２２が電動モータ２７を介してスロットル弁２８を制御している状態をいう。そして、制御部２２は、エンジン停止要求の到来を待って（ステップＳ１１２”ＹＥＳ”）、その運転を終了する。
【００５０】
一方、ステップＳ１０５のアイドリング回転数判定処理において、エンジン１２がアイドリング回転数に未達と判定された場合（ステップＳ１０５”ＮＯ”）、制御部２２は、ステップモータ１９ａのステップ数がｂのときの開度でエンジン１２の始動を試みる「モード２」による３回のクランキングを行う（ステップＳ１０６）。次に、制御部２２は、そのクランキングによりエンジンが始動してアイドル回転数に到達したか否かを判定する（ステップＳ１０７）。
【００５１】
ここで、エンジン１２がアイドリング回転数に到達したと判定された場合（ステップＳ１０７”ＹＥＳ”）、その設定（モード２）を記憶部２３に保持し（ステップＳ１１０）、熱負荷３２に例えば給湯を行う運転状態に移行する（ステップＳ１１１）。一方、エンジン１２がアイドリング回転数に未達と判定された場合（ステップＳ１０７”ＮＯ”）、制御部２２は、ステップモータ１９ａのステップ数がｃのときの開度でエンジン１２の始動を試みる「モード３」による３回のクランキングを行う（ステップＳ１０８）。
【００５２】
次に、制御部２２は、そのクランキングによりエンジンが始動してアイドル回転数に到達したか否かを判定する（ステップＳ１０９）。ここで、エンジン１２がアドリング回転数に到達したと判定された場合（ステップＳ１０９”ＹＥＳ”）、その設定（モード３）を記憶部２３に保持し（ステップＳ１１０）、熱負荷３２に例えば給湯を行う運転状態に移行する（ステップＳ１１１）。そして、エンジン停止要求の到来を待って（ステップＳ１１２”ＹＥＳ”）、運転を終了する。一方、依然としてエンジン１２がアドリング回転数に未達と判定された場合（ステップＳ１０９”ＮＯ”）、制御部２２は、報知部２４を駆動してエラー（クランキング不良）を外部に通知する。
【００５３】
一方、ステップＳ１０３のモード１判定処理において、記憶部２３にモード１が保持されていないと判定された場合（ステップＳ１０３”ＮＯ”）、制御部２２は、モード２が保持されているか否かを判定する（図７のステップＳ１１３）。ここで、「モード２」が設定されていた場合（ステップＳ１１３”ＹＥＳ”）、制御部２２は、そのモードにしたがう３回のクランキングを行う（ステップＳ１１４）。次に、制御部２２は、そのクランキングによりエンジンが始動してアイドル回転数に到達したか否かを判定する（ステップＳ１１５）。
【００５４】
ここで、エンジン１２がアドリング回転数に到達したと判定された場合（ステップＳ１１５”ＹＥＳ”）、その設定（モード２）を記憶部２３に保持し（ステップＳ１１０）、熱負荷３２に例えば給湯を行う運転状態に移行する（ステップＳ１１１）。そして、エンジン停止要求の到来を待って（ステップＳ１１２”ＹＥＳ”）、運転を終了する。
【００５５】
一方、ステップＳ１１５のアイドリング回転数判定処理において、エンジン１２がアイドリング回転数に未達と判定された場合（ステップＳ１１５”ＮＯ”）、制御部２２は、ステップモータ１９ａのステップ数がａのときの開度でエンジン１２の始動を試みる「モード１」による３回のクランキングを行う（ステップＳ１１６）。次に、制御部２２は、そのクランキングによりエンジンが始動してアイドル回転数に到達したか否かを判定する（ステップＳ１１７）。
【００５６】
ここで、エンジン１２がアドリング回転数に到達したと判定された場合（ステップＳ１１７”ＹＥＳ”）、その設定（モード１）を記憶部２３に保持し（ステップＳ１１０）、熱負荷３２に例えば給湯を行う運転状態に移行する（ステップＳ１１１）。一方、エンジン１２がアドリング回転数に未達と判定された場合（ステップＳ１１７”ＮＯ”）、制御部２２は、ステップモータ１９ａのステップ数がｃのときの開度でエンジン１２の始動を試みる「モード３」による３回のクランキングを行う（ステップＳ１１８）。
【００５７】
ここで、エンジン１２がアドリング回転数に到達したと判定された場合（ステップＳ１１９”ＹＥＳ”）、その設定（モード３）を記憶部２３に保持し（ステップＳ１１０）、熱負荷３２に例えば給湯を行う運転状態に移行する（ステップＳ１１１）。そして、エンジン停止要求の到来を待って（ステップＳ１１２”ＹＥＳ”）、運転を終了する。なお、依然としてエンジン１２がアドリング回転数に未達と判定された場合（ステップＳ１１９”ＮＯ”）、制御部２２は、報知部２４を駆動してエラー（クランキング不良）を外部に通知する。
【００５８】
なお、ステップＳ１１３のモード２判定処理において、記憶部２３にモード２が保持されていないと判定された場合（ステップＳ１１３”ＮＯ”）、制御部２２は、モード３が保持されているか否かを判定する（ステップＳ１２０）。ここで、「モード３」が設定されていた場合（ステップＳ１２０”ＹＥＳ”）、制御部２２は、そのモードにしたがう３回のクランキングを行う（ステップＳ１２１）。次に、制御部２２は、そのクランキングによりエンジンが始動してアイドル回転数に到達したか否かを判定する（ステップＳ１２２）。
【００５９】
ここで、エンジン１２がアドリング回転数に到達したと判定された場合（ステップＳ１２２”ＹＥＳ”）、その設定（モード３）を記憶部２３に保持し（図６のステップＳ１１０）、熱負荷３２に例えば給湯を行う運転状態に移行する（ステップＳ１１１）。そして、エンジン停止要求の到来を待って（ステップＳ１１２”ＹＥＳ”）、その運転を終了する。
【００６０】
一方、ステップＳ１２２のアイドリング回転数判定処理において、エンジン１２がアイドリング回転数に未達と判定された場合（図７のステップＳ１２２”ＮＯ”）、制御部２２は、ステップモータ１９ａのステップ数がａのときの開度でエンジン１２の始動を試みる「モード１」による３回のクランキングを行う（ステップＳ１２３）。次に、制御部２２は、そのクランキングによりエンジンが始動してアイドル回転数に到達したか否かを判定する（ステップＳ１２４）。
【００６１】
ここで、エンジン１２がアドリング回転数に到達したと判定された場合（ステップＳ１２４”ＹＥＳ”）、その設定（モード１）を記憶部２３に保持し（図６のステップＳ１１０）、熱負荷３２に例えば給湯を行う運転状態に移行する（ステップＳ１１１）。そして、エンジン停止要求の到来を待って（ステップＳ１１２”ＹＥＳ”）、運転を終了する。なお、依然としてエンジン１２がアイドリング回転数に未達と判定された場合（ステップＳ１２６”ＮＯ”）、制御部２２は、報知部２４を駆動してエラー（クランキング不良）を外部に通知する。
【００６２】
なお、記憶部２３に、モード１，モード２，モード３のいずれも保持されていない場合（ステップＳ１２０”Ｎｏ”）は、上記したエンジン始動制御に関する一連の処理を終了する。
【００６３】
図８に、本発明の実施例に係る制御装置の動作をグラフ上で従来例と対比して示した。（ａ）は本発明の実施例であり、（ｂ）は従来例である。いずれも縦軸に開度（ガス流量）を、横軸にクランキングサイクルを示す。また、上に網掛けした領域は、ガス種Ｂのエンジン始動可能流量領域であり、下に網掛けした領域は、ガス種Ａのエンジン始動可能流量領域である。図８（ｂ）に示されるように、従来、ガス種Ａに対して始動可能なガス流量になるように開度を固定してクランキングによる始動を行っていたものを、図８（ａ）に示されるように、開度を可変制御することでガス種Ａの他にガス種Ｂでもエンジンの始動が可能になる。
【００６４】
具体的に、流量調整弁１９の開度を段階的に可変設定することによりエンジンの始動を制御することで、始動可能な燃料流量域が異なるガス種であってもその燃料流域に達したときにエンジンの始動が可能になる。例えば、ガス種Ａではクランキング回数３回以内で始動が可能になり、ガス種Ｂでは、７〜９回のクランキングでエンジン１２の始動が可能になる。
【００６５】
（実施例の効果）
本発明の実施例に係る制御装置によれば、制御部２２は、第１の運転信号を検出すると第１の開度でクランキングを開始させ、所定回数のクランキングでエンジンの回転が一定の回転数に到達した場合に第１の開度に対応する第１のモードでエンジンの運転を開始させ、一定の回転数に未達の場合、第２の開度を設定してクランキングを開始させ、一定の回転数に到達したか否かを検知してエンジンの始動を制御する。このため、第１の開度と第２の開度をガス種に応じて設定することでガス種に依存することなくガスエンジンの始動を可能とするエンジン制御装置を提供することができる。
【００６６】
また、制御部２２は、記憶部２３に第１のモードが保持され、第２の運転信号を検出すると、第２の運転信号に応じて第１の開度でクランキングを開始する。このため、第２のモードと第３のモードによるクランキングの試行回数が減少することからエンジン始動に要する時間が短縮される。更に、制御部２２は、第１のモードと第２のモードと第３のモードのいずれかのクランキングでエンジンの回転が所定の回転数に未達の場合に、報知部２４によりクランキングの不良を報知する。したがって、運転者は報知部２４を視認あるいは視聴することでエンジン始動の失敗を認識することができる。
【００６７】
なお、本発明によれば、上記したガス種に依存することなくガスエンジンの始動を可能とする制御装置をコージェネレーション装置に適用することで、発電ユニットで生じた電力を商用電力系統と連携させて電気負荷３１に供給すると共に、内燃機関（エンジン１２）の排熱を利用して生成した温水等（熱エネルギー）を熱負荷３２に供給することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１０…コージェネレーション装置、１１…発電機、１２…エンジン、１３…熱交換器、１４…クランク角センサ、１５…エアクリーナ、１６…ミキサ、１７…ガス供給路、１８…遮断弁、１９…流量調整弁、２０…排気通路、２１…インバータユニット、２２…制御部、２３…記憶部、２４…報知部、２５、２６、２７…電動モータ、２８…スロットル弁、２９…冷却水通路、３０…商用電源、３１…電気負荷、３２…熱負荷、３３…エア供給源、３４…燃料供給源、３５…操作ユニット、３６…屋内配電盤、４０…クランクシャフト。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスエンジンの制御装置及び同装置を備えたコージェネレーション装置に関し、例えば、家庭用のコージェネレーション装置に用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
近年、発電ユニットで生じた電力（電気エネルギー）を商用電力系統と連携させて電気負荷に供給すると共に、内燃機関の排熱を利用して生成した温水等（熱エネルギー）を熱負荷に供給するようにした家庭用コージェネレーション装置が知られるようになった。
【０００３】
家庭用コージェネレーション装置では燃料としてガスが使用されることが多く、このため、ガスエンジンが内蔵される。ガスエンジの始動を制御するガスエンジン制御装置の基本原理は、例えば、特許文献１にその詳細が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−４２４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガスエンジンは、ガスと空気の混合気を爆発させることにより回転力を発生させているが、爆発させるためにはクランクシャフトが回転していなければならない。エンジンが停止している状態から、エンジンが継続的に完爆している状態（運転状態）に移行するためには、何らかの手段でクランクシャフトを回転させ、最初の１回を爆発させなければならない。エンジンの制御装置は、停止状態のエンジンのクランクシャフトをスタータモータによって駆動させる「クランキング」によりエンジンの始動制御を行う。
【０００６】
ところで、ガスにはたくさんの種類があり、例えば、国内では、都市ガス１３種類（７グループ）とＬＰガス種類であり、ガス機器は適合するガスの種類が決められている。上記したガスエンジンに適合可能なガスの種類が増えると、あるいは同じガス種であってもそのグループによって熱量（カロリー）が大きく異なることから、その種類やグループ（以下、単に「ガス種」と総称する）によってはクランキングの動作不良によりエンジンの始動が困難になることがある。
【０００７】
本発明は、ガス種が異なってもガスエンジンの始動を容易にする、制御装置及び同装置を備えるコージェネレーション装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、エンジンの始動を制御する制御装置であって、設定される開度にしたがいエンジンに供給するガスの流量を調整する流量調整弁と、第１の運転信号を検出すると第１の開度による所定回数内のクランキングを開始させ、前記エンジンの回転数が基準値に未達の場合、第２の開度による前記所定回数内のクランキングを開始させる制御を行う制御部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の制御装置において、記憶部を有し、前記第１の開度または前記第２の開度による所定回数内のクランキングで前記エンジンの回転数が前記基準値に到達した場合、前記第１の開度または前記第２の開度に対応する第１または第２のモードを前記記憶部に保持することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項２記載の制御装置において、前記制御部は、前記記憶部に前記第１のモードが保持され、第２の運転信号を検出すると、前記第２の運転信号に応じて前記第１の開度で前記クランキングを開始させることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項２記載の制御装置において、前記制御部は、前記記憶部に前記第２のモードが保持され、第２の運転信号を検出すると、前記第２の運転信号に応じて前記第２の開度で前記クランキングを開始させることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載の制御装置において、報知部を更に有し、前記制御部は、前記第１のモード、前記第２のモードのそれぞれによる所定回数内のクランキングで、いずれも前記エンジンの回転数が前記基準値に未達の場合に、前記報知部によりクランキングの不良を報知することを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明は、前記請求項１〜５のいずれか１項記載の制御装置を有するコージェネレーション装置である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明によれば、制御部は、第１の運転信号を検出すると第１の開度による所定回数内のクランキングを開始させ、エンジンの回転数が基準値に未達の場合、第２の開度による所定回数内のクランキングを開始させる。このように、燃料流量弁の開度を段階的に変化させることにより、ガス種に依存することなくエンジンの始動を可能とする制御装置を提供することができる。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、制御部は、第１の開度または第２の開度による所定回数内のクランキングでエンジンの回転数が基準値に到達した場合、第１の開度または第２の開度に対応する第１または第２のモードを記憶部に保持する。したがって、エンジン回転数が基準値に達した第１のモードまたは第２のモードの少なくとも一つを記憶部に保持することにより、次回始動時保持したモードにしたがいエンジンの始動を制御する。このため、早い段階でエンジンを始動させることができ、したがって、始動までの待ち時間が短縮されエンジン出力を負荷に早期に供給できる。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、制御部は、記憶部に第１のモードが保持されていたときに第２の運転信号を検出すると、第２の運転信号に応じて第１の開度でクランキングを開始させる。このため、第２のモードによるクランキングの試行回数が減少することからエンジン始動に要する時間が短縮される。
【００１７】
請求項４に係る発明によれば、制御部は、記憶部に第２のモードが保持されていたときに第２の運転信号を検出すると、第２の運転信号に応じて第２の開度でクランキングを開始する。このため、第１のモードによるクランキングの試行回数が減少することからエンジン始動に要する時間が短縮される。
【００１８】
請求項５に係る発明によれば、制御部は、第１のモードと第２のモードのいずれかのクランキングでエンジンの回転が所定の回転数に未達の場合に、報知部によりクランキングの不良を報知する。したがって、運転者は報知部によりエンジン始動の失敗を認識することができる。
【００１９】
請求項６に係る発明によれば、ガス種に依存することなくガスエンジンの始動を可能とする制御装置をコージェネレーション装置に適用することで、発電ユニットで生じた電力を商用電力系統と連携させて電気負荷に供給すると共に、エンジンの排熱を利用して生成した温水等を熱負荷に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る制御装置を内蔵するコージェネレーション装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１の流量調整弁の機構図である。
【図３】図２の流量調整弁の開口部断面を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る制御装置のクランキング不良時の動作を示すタイミング図である。
【図５】本発明の実施形態に係る制御装置のクランキング成功時の動作を示すタイミング図である。
【図６】本発明の実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】図６の動作の続きを示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態に係る制御装置の動作をグラフ上で従来例と対比して示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
【実施例】
【００２２】
図１に、コージェネレーション装置の全体構成が示されている。コージェネレーション（cogeneration）は、「combined heat and power」ともいわれ、内燃機関、外燃機関等の排熱を利用して動力・温熱・冷熱を取り出し、総合エネルギー効率を高める、新エネルギー供給システムのひとつである。なお、コージェネ、コジェネとも呼ばれることもある。
【００２３】
（コージェネレーション装置の構成）
コージェネレーション装置１０は、商用電源（商用電力系統）３０から電気負荷３１に至る交流電力の給電路に接続可能な、発電機１１（スタータ／ジェネレータ）と、発電機１１を駆動するエンジン１２と、エンジン１２の冷却水を排気熱と熱交換させて昇温する熱交換器１３とを主要部品として有する。そして、熱交換器１３で昇温させられた冷却水が供給されて温水などを生成する排熱利用給湯暖房ユニット等の熱負荷３２が接続される。
【００２４】
商用電源３０は、単相３線からＡＣ１００／２００Ｖで５０Ｈｚ（または６０Ｈｚ）の交流電力を出力する。発電機１１とエンジン１２とは、熱交換器１３と共にコージェネレーション装置１０の筐体内部に収容される。
【００２５】
エンジン１２は、複数種のガスを燃料とする、水冷４サイクルの単気筒ＯＨＶ（Over Head Valve）型の火花点火式のエンジンであり、例えば１６３ｃｃの排気量を備える。エンジン１２が内蔵する不図示のシリンダヘッド及びシリンダブロックは水平方向（横向き）に配置され、その内部に１個のピストン（不図示）が往復動自在に配置される。ピストンには鉛直方向に配置されるクランクシャフト４０が連結される。クランクシャフト４０近傍にはクランク角センサ１４が設けられている。
【００２６】
発電機１１は多極コイルを備え、クランクシャフト４０の上端に取り付けられるフライホイールの内側のクランクケース上に固定される。発電機１１は、フライホイールとの間で相対回転するとき、交流電力を生成する。発電機１１は、商用電源３０（あるいは図示しないバッテリ）から通電されるとき、エンジン１２をクランキングするスタータモータとしても機能する。
【００２７】
エア供給源３３から供給されるエア（吸気）は、エアクリーナ１５を通ってミキサ１６に供給される。一方、燃料供給源３４から供給されるガスは、ガス供給路１７、遮断弁１８、流量調整弁１９を介して供給され、そこでエアと混合させられる。つまり、ミキサ１６で混合気が生成される。
【００２８】
ミキサ１６で生成された混合気はエンジン１２内部の燃焼室（図示せず）に流れる。燃焼室の付近には不図示の点火プラグが配置される。点火プラグは、図示しないバッテリの出力がパワートランジスタやイグニッションコイルなどからなる点火装置を介して供給されると、燃焼室に臨む電極間に火花放電を生じ、混合気を着火して燃焼させる。よって生じた排気（排ガス）はエンジン１２から出力され、熱交換器１３を介してエンジン１２に接続される排気管２０を通って筐体の外に排出される。
【００２９】
発電機１１の出力はインバータユニット２１に送られる。インバータユニット２１は発電機１１の出力をＡＣ１００／２００Ｖ（単相）に変換する。インバータユニット２１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit；電子制御ユニット）からなる制御部２２の指令を受けて発電機１１の機能をスタータとジェネレータの間で切り替える。制御部２２には、熱負荷３２の操作ユニット３５が接続される。また、記憶部２３と報知部２４、並びに、電動モータ２５〜２７が接続されている。電動モータ２５は、遮断弁１８，電動モータ２６は流量調整弁１９、電動モータ２７は、ミキサ１６が内蔵するスロットル弁２８をそれぞれ駆動する。
【００３０】
制御部２２は、操作ユニット３５により入力される情報、およびクランク角センサ１４他、各種センサを介して入力された情報に基づき、電動モータ２５〜２７を制御することにより、遮断弁１８，流量調整弁１９，スロットル弁２８を制御してエンジン１２の始動と運転の制御を行う。
【００３１】
制御部２２は、第１の運転信号（エンジン始動要求）を検出すると第１の開度による所定回数内のクランキングを開始させ、エンジン１２の回転数が基準値に未達の場合、第２の開度による所定回数内のクランキングを開始させる制御を行う。
【００３２】
また、制御部２２は、第１の開度または第２の開度による所定回数内のクランキングでエンジンの回転数が基準値に到達した場合、第１の開度または第２の開度に対応する第１または第２のモードを記憶部２３に保持する。制御部２２は、記憶部２３に第１のモードが保持され、第２の運転信号（次回エンジン始動要求）を検出すると、第２の運転信号に応じて第１の開度でクランキングを開始させ、記憶部２３に第２のモードが保持され、第２の運転信号を検出すると、第２の運転信号に応じて第２の開度でクランキングを開始させる制御も行う。
【００３３】
また、制御部２２は、第１のモード、第２のモードのそれぞれによる所定回数内のクランキングで、いずれもエンジン１２の回転数が基準値に未達の場合に、報知部２４によりクランキングの不良を報知する制御も行う。
【００３４】
ここでいう「開度」とは、例えば、図３に示すように、燃料調整弁１９として用いられるニードルバルブアセンブリのニードル１９ｅとオリフィス１９ｆとの間に形成される開口部１９ｇの開口面積のことをいう。この開口面積は、制御部２２が、ニードル１９ｅの上下動を駆動するステップモータ１９ａのステップ数を制御することによって可変設定する。すなわち、制御部２２は、第１の開度ａで複数回のクランキングによる始動を試み、基準値となるアイドリング回転数に到達しなければ、更に第２の開度ｂによる複数回のクランクキングによる始動を試みる構成とした。例えば、遮断弁１８の開弁時間が７５秒以内になっていた場合、８秒要するクランキングを３回、３セット（７２秒）行うことが可能である。また、「モード」とは、設定された開度毎に行われる複数回（例えば３回）のクランキングセットのことをいう。
【００３５】
インバータユニット２１の出力は屋内配電盤３６に送られる。屋内配電盤３６は、過電流の通電などを防止する主幹ブレーカと、インバータユニット２１の出力に商用電源３０の電力を加えて電気負荷３１に供給する分電盤と、発電機１１の専用ブレーカと、商用電源３０から主幹ブレーカに至る給電路に配置されてそこを流れる交流電力の電流に応じた信号を生じる電流センサなどを備える。即ち、インバータユニット２１の出力は、屋内配電盤３６で商用電源３０の電力と連系されて電気負荷３１に供給される。
【００３６】
インバータユニット２１の出力は、屋内配電盤３６で商用電源３０から電気負荷３１に至る交流電力の給電路に接続可能にされる。尚、発電機１１の発電出力（定格電力）は、１．ＯｋＷ程度である。
【００３７】
符号２９は、エンジン１２を冷却する冷却水（不凍液）の通路(以下、「冷却水通路」という)を示す。冷却水通路２９は、エンジン１２のシリンダブロックとオイルタンクや熱交換器１３を通り、熱負荷３２に接続される。熱交換器１３において、冷却水は、排気（排ガス）と熱交換して昇温させられる。尚、熱交換器１３は、例えば、冷却水通路２９を変形させ、排気通路２０を覆うような構造としたものである。熱交換器１３を通過した冷却水は、シリンダブロックおよびシリンダヘッドに形成されるシリンダ通路に供給されてエンジン１２と熱交換し、エンジン１２を冷却する。排気やエンジン１２との熱交換によって昇温させられた高温の冷却水は、冷却水通路２９を通ってコージェネレーション装置１０の筐体外部から熱負荷３２に戻される。
【００３８】
（流量調整弁の構造）
図２に、流量調整弁１９として用いられるニードルバルブアセンブリの断面構造が示されている。ニードルバルブアセンブリは、ステップモータ１９ａと、回転軸１９ｂと、プランジャ１９ｃと、ストッパ１９ｄと、ニードル１９ｅと、オリフィス１９ｆとにより構成される。ステップモータ１９ａの回転運動は、プランジャ１９ｃにより上下動の直線運動に変換される。つまり、ステップモータ１９ａのモータ軸１９ｂに取り付けられたリードスクリューの回転が、内壁に筒状のナットを有するプランジャ１９ｃの相対的な回転、及び軸移動が禁止されるように取り付けられたストッパ１９ｄにより直線運動に変換される。ここに示すステップモータ１９ａは、図１の電動モータ２６に相当する。
【００３９】
制御部２２は、プランジャ１９ｃの先端部に配置されてプランジャ１９ｃの往復運動に連携して動作するニードル１９ｅとオリフィス１９ｆとの間に形成される開口部１９ｇの開口面積（以下、開度という）を制御することによってガス管１７を通るガスの流量を調整する。具体的に、図３（ａ）に示す図２の３ａでのニードル１９ｅとオリフィス１９ｆで構成されるニードルバルブ本体のｃ−ｃ断面を、図３（ｂ）（ｃ）（ｄ）のそれぞれに示す。
【００４０】
図３（ｂ）に示されるように、ニードル１９ｅの表面とオリフィス１９ｆの座面とが接触した全閉時のステップモータ１９ａのステップ数（ゼロ）を基準とし、図３（ｃ）に示されるようにステップモータ１９ａに供給されるステップ数がａ（ゼロからのステップ数差）のときの開度を５０％、図３（ｄ）に示されるように、ステップ数がｂのときの開度を７０％として制御することとした。このステップ数との対応関係は、ガス種によって変化させるものとする。
【００４１】
（制御部の動作）
図４に、クランキングによる始動が失敗（クランキング不良）したときの制御部２２の動作が、図５に、クランキングによる始動が成功して運転状態に移行するときの制御部２２の動作が、それぞれ示されている。図４及び図５は、共に、（ａ）クランキングのモード（モード１、モード２，モード３）、（ｂ）クランク角センサ１４の出力、（ｃ）流量調整弁１９の開度（ステップ数：小、中、大）が示されている。なお、図５において、（ｄ）は次回始動時における流量調整弁１９の開度、（ｅ）は、次回始動時におけるクランク角センサ１４出力である。
【００４２】
図４のタイミング図には、制御部２２により設定されるモード毎に各３回のクランキングを行ない、エンジン１２の始動を制御することが示されている。図４によれば、始めに比較的高カロリーのガスから始動できるように流量調整弁１９の開度が比較的小さいモード１を設定して３回のクランキングを実行する。
【００４３】
ここで、３回のクランキングによってもエンジン１２の回転数が基準値であるアイドリング回転数に至らず始動に失敗したことが確認されると、制御部２２は、ガスカロリーが低いと認識して次に大きい開度（中）が設定されるモード２で３回のクランキングを実行する。ここでもエンジン１２の始動に失敗したときに、更にガスカロリーが低いと認識して大きな開度（大）でモード３による３回のクランキングを実行する。なお、ここでは、高カロリーのガスから始動できるように、開度が比較的小さいモードから開度が大きくなモードを順次切り替えエンジン１２の始動を制御することとしたが、順序は問わない。また、各モードにおけるクランキングは３回としたが、３回に制限されず、ガス供給通路１７内のパージを含めて始動に必要な回数を設定すればよい。
【００４４】
図５は、モード２が設定されたときの３回目のクランキングでエンジン１２がアイドリング回転数に至り（完爆状態）、エンジン１２の始動に成功した場合の動作を示している。ここでは、モード２が設定されたときにエンジン１２の始動に成功しているため、エンジン１２の運転開始前に記憶部２３に対しエンジン１２の始動を成功させたモードを保存しておくことにより、次回始動時、保持されたモード２（開度が中）からクランキングを開始することができる。このことにより、早い段階でエンジンを始動させることができ、したがって、始動までの待ち時間が短縮され、エンジン出力を負荷に早期に供給できる。
【００４５】
なお、クランキング回数、エンジン回転数ともに、制御部２２が、エンジン１２のクランク軸近傍に取りつけられるクランク角センサ１４から取得した角度情報に基づき演算することにより導出されるものとする。
【００４６】
以下、図６、図７に示すフローチャートを参照しながら図１に示す制御部２２の動作について詳細に説明する。
【００４７】
図６において、制御部２２は、常時、ユーザ操作によるエンジン始動要求の到来を監視している（ステップＳ１０１）。ここでは、熱負荷３２の操作ユニット３５からの始動ボタン操作を検知するものとする。ここで、エンジン始動が検知されると（ステップＳ１０１”ＹＥＳ”）、制御部２２は、記憶部２３に保持された設定（モード）の読み込みを行う（ステップＳ１０２）。記憶部２３には、前回のエンジン始動が成功したときのモードが保持されているものとする。
【００４８】
ここで、ステップモータ１９ａのステップ数がａのときの開度でエンジン１２の始動を試みる「モード１」が設定されていた場合（ステップＳ１０３”ＹＥＳ”）、制御部２２は、そのモード１にしたがう３回のクランキングを行う（ステップＳ１０４）。次に、制御部２２は、そのクランキングによりエンジンが始動してアイドル回転数に到達したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ここで判定される基準値としてのアイドリング回転数とは、例えば、８００ｒｐｍであり、制御部２２は、クランク角センサ１４によりクランク軸のクランク角に関する情報を取得してエンジン回転数を演算により計算し、アイドリング回転数との差を求めることにより判定する。
【００４９】
ここで、エンジン１２がアイドリング回転数に到達したと判定された場合（ステップＳ１０５”ＹＥＳ”）、その設定（モード１）を記憶部２３に保持し（ステップＳ１１０）、熱負荷３２に例えば給湯を行う運転状態に移行する（ステップＳ１１１）。なお、ここで運転状態とは、クランキングによりエンジン１２が始動し、以降、熱負荷３２により負荷に応じて制御部２２が電動モータ２７を介してスロットル弁２８を制御している状態をいう。そして、制御部２２は、エンジン停止要求の到来を待って（ステップＳ１１２”ＹＥＳ”）、その運転を終了する。
【００５０】
一方、ステップＳ１０５のアイドリング回転数判定処理において、エンジン１２がアイドリング回転数に未達と判定された場合（ステップＳ１０５”ＮＯ”）、制御部２２は、ステップモータ１９ａのステップ数がｂのときの開度でエンジン１２の始動を試みる「モード２」による３回のクランキングを行う（ステップＳ１０６）。次に、制御部２２は、そのクランキングによりエンジンが始動してアイドル回転数に到達したか否かを判定する（ステップＳ１０７）。
【００５１】
ここで、エンジン１２がアイドリング回転数に到達したと判定された場合（ステップＳ１０７”ＹＥＳ”）、その設定（モード２）を記憶部２３に保持し（ステップＳ１１０）、熱負荷３２に例えば給湯を行う運転状態に移行する（ステップＳ１１１）。一方、エンジン１２がアイドリング回転数に未達と判定された場合（ステップＳ１０７”ＮＯ”）、制御部２２は、ステップモータ１９ａのステップ数がｃのときの開度でエンジン１２の始動を試みる「モード３」による３回のクランキングを行う（ステップＳ１０８）。
【００５２】
次に、制御部２２は、そのクランキングによりエンジンが始動してアイドル回転数に到達したか否かを判定する（ステップＳ１０９）。ここで、エンジン１２がアドリング回転数に到達したと判定された場合（ステップＳ１０９”ＹＥＳ”）、その設定（モード３）を記憶部２３に保持し（ステップＳ１１０）、熱負荷３２に例えば給湯を行う運転状態に移行する（ステップＳ１１１）。そして、エンジン停止要求の到来を待って（ステップＳ１１２”ＹＥＳ”）、運転を終了する。一方、依然としてエンジン１２がアドリング回転数に未達と判定された場合（ステップＳ１０９”ＮＯ”）、制御部２２は、報知部２４を駆動してエラー（クランキング不良）を外部に通知する。
【００５３】
一方、ステップＳ１０３のモード１判定処理において、記憶部２３にモード１が保持されていないと判定された場合（ステップＳ１０３”ＮＯ”）、制御部２２は、モード２が保持されているか否かを判定する（図７のステップＳ１１３）。ここで、「モード２」が設定されていた場合（ステップＳ１１３”ＹＥＳ”）、制御部２２は、そのモードにしたがう３回のクランキングを行う（ステップＳ１１４）。次に、制御部２２は、そのクランキングによりエンジンが始動してアイドル回転数に到達したか否かを判定する（ステップＳ１１５）。
【００５４】
ここで、エンジン１２がアドリング回転数に到達したと判定された場合（ステップＳ１１５”ＹＥＳ”）、その設定（モード２）を記憶部２３に保持し（ステップＳ１１０）、熱負荷３２に例えば給湯を行う運転状態に移行する（ステップＳ１１１）。そして、エンジン停止要求の到来を待って（ステップＳ１１２”ＹＥＳ”）、運転を終了する。
【００５５】
一方、ステップＳ１１５のアイドリング回転数判定処理において、エンジン１２がアイドリング回転数に未達と判定された場合（ステップＳ１１５”ＮＯ”）、制御部２２は、ステップモータ１９ａのステップ数がａのときの開度でエンジン１２の始動を試みる「モード１」による３回のクランキングを行う（ステップＳ１１６）。次に、制御部２２は、そのクランキングによりエンジンが始動してアイドル回転数に到達したか否かを判定する（ステップＳ１１７）。
【００５６】
ここで、エンジン１２がアドリング回転数に到達したと判定された場合（ステップＳ１１７”ＹＥＳ”）、その設定（モード１）を記憶部２３に保持し（ステップＳ１１０）、熱負荷３２に例えば給湯を行う運転状態に移行する（ステップＳ１１１）。一方、エンジン１２がアドリング回転数に未達と判定された場合（ステップＳ１１７”ＮＯ”）、制御部２２は、ステップモータ１９ａのステップ数がｃのときの開度でエンジン１２の始動を試みる「モード３」による３回のクランキングを行う（ステップＳ１１８）。
【００５７】
ここで、エンジン１２がアドリング回転数に到達したと判定された場合（ステップＳ１１９”ＹＥＳ”）、その設定（モード３）を記憶部２３に保持し（ステップＳ１１０）、熱負荷３２に例えば給湯を行う運転状態に移行する（ステップＳ１１１）。そして、エンジン停止要求の到来を待って（ステップＳ１１２”ＹＥＳ”）、運転を終了する。なお、依然としてエンジン１２がアドリング回転数に未達と判定された場合（ステップＳ１１９”ＮＯ”）、制御部２２は、報知部２４を駆動してエラー（クランキング不良）を外部に通知する。
【００５８】
なお、ステップＳ１１３のモード２判定処理において、記憶部２３にモード２が保持されていないと判定された場合（ステップＳ１１３”ＮＯ”）、制御部２２は、モード３が保持されているか否かを判定する（ステップＳ１２０）。ここで、「モード３」が設定されていた場合（ステップＳ１２０”ＹＥＳ”）、制御部２２は、そのモードにしたがう３回のクランキングを行う（ステップＳ１２１）。次に、制御部２２は、そのクランキングによりエンジンが始動してアイドル回転数に到達したか否かを判定する（ステップＳ１２２）。
【００５９】
ここで、エンジン１２がアドリング回転数に到達したと判定された場合（ステップＳ１２２”ＹＥＳ”）、その設定（モード３）を記憶部２３に保持し（図６のステップＳ１１０）、熱負荷３２に例えば給湯を行う運転状態に移行する（ステップＳ１１１）。そして、エンジン停止要求の到来を待って（ステップＳ１１２”ＹＥＳ”）、その運転を終了する。
【００６０】
一方、ステップＳ１２２のアイドリング回転数判定処理において、エンジン１２がアイドリング回転数に未達と判定された場合（図７のステップＳ１２２”ＮＯ”）、制御部２２は、ステップモータ１９ａのステップ数がａのときの開度でエンジン１２の始動を試みる「モード１」による３回のクランキングを行う（ステップＳ１２３）。次に、制御部２２は、そのクランキングによりエンジンが始動してアイドル回転数に到達したか否かを判定する（ステップＳ１２４）。
【００６１】
ここで、エンジン１２がアドリング回転数に到達したと判定された場合（ステップＳ１２４”ＹＥＳ”）、その設定（モード１）を記憶部２３に保持し（図６のステップＳ１１０）、熱負荷３２に例えば給湯を行う運転状態に移行する（ステップＳ１１１）。そして、エンジン停止要求の到来を待って（ステップＳ１１２”ＹＥＳ”）、運転を終了する。なお、依然としてエンジン１２がアイドリング回転数に未達と判定された場合（ステップＳ１２６”ＮＯ”）、制御部２２は、報知部２４を駆動してエラー（クランキング不良）を外部に通知する。
【００６２】
なお、記憶部２３に、モード１，モード２，モード３のいずれも保持されていない場合（ステップＳ１２０”Ｎｏ”）は、上記したエンジン始動制御に関する一連の処理を終了する。
【００６３】
図８に、本発明の実施例に係る制御装置の動作をグラフ上で従来例と対比して示した。（ａ）は本発明の実施例であり、（ｂ）は従来例である。いずれも縦軸に開度（ガス流量）を、横軸にクランキングサイクルを示す。また、上に網掛けした領域は、ガス種Ｂのエンジン始動可能流量領域であり、下に網掛けした領域は、ガス種Ａのエンジン始動可能流量領域である。図８（ｂ）に示されるように、従来、ガス種Ａに対して始動可能なガス流量になるように開度を固定してクランキングによる始動を行っていたものを、図８（ａ）に示されるように、開度を可変制御することでガス種Ａの他にガス種Ｂでもエンジンの始動が可能になる。
【００６４】
具体的に、流量調整弁１９の開度を段階的に可変設定することによりエンジンの始動を制御することで、始動可能な燃料流量域が異なるガス種であってもその燃料流域に達したときにエンジンの始動が可能になる。例えば、ガス種Ａではクランキング回数３回以内で始動が可能になり、ガス種Ｂでは、７〜９回のクランキングでエンジン１２の始動が可能になる。
【００６５】
（実施例の効果）
本発明の実施例に係る制御装置によれば、制御部２２は、第１の運転信号を検出すると第１の開度でクランキングを開始させ、所定回数のクランキングでエンジンの回転が一定の回転数に到達した場合に第１の開度に対応する第１のモードでエンジンの運転を開始させ、一定の回転数に未達の場合、第２の開度を設定してクランキングを開始させ、一定の回転数に到達したか否かを検知してエンジンの始動を制御する。このため、第１の開度と第２の開度をガス種に応じて設定することでガス種に依存することなくガスエンジンの始動を可能とするエンジン制御装置を提供することができる。
【００６６】
また、制御部２２は、記憶部２３に第１のモードが保持され、第２の運転信号を検出すると、第２の運転信号に応じて第１の開度でクランキングを開始する。このため、第２のモードと第３のモードによるクランキングの試行回数が減少することからエンジン始動に要する時間が短縮される。更に、制御部２２は、第１のモードと第２のモードと第３のモードのいずれかのクランキングでエンジンの回転が所定の回転数に未達の場合に、報知部２４によりクランキングの不良を報知する。したがって、運転者は報知部２４を視認あるいは視聴することでエンジン始動の失敗を認識することができる。
【００６７】
なお、本発明によれば、上記したガス種に依存することなくガスエンジンの始動を可能とする制御装置をコージェネレーション装置に適用することで、発電ユニットで生じた電力を商用電力系統と連携させて電気負荷３１に供給すると共に、内燃機関（エンジン１２）の排熱を利用して生成した温水等（熱エネルギー）を熱負荷３２に供給することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１０…コージェネレーション装置、１１…発電機、１２…エンジン、１３…熱交換器、１４…クランク角センサ、１５…エアクリーナ、１６…ミキサ、１７…ガス供給路、１８…遮断弁、１９…流量調整弁、２０…排気通路、２１…インバータユニット、２２…制御部、２３…記憶部、２４…報知部、２５、２６、２７…電動モータ、２８…スロットル弁、２９…冷却水通路、３０…商用電源、３１…電気負荷、３２…熱負荷、３３…エア供給源、３４…燃料供給源、３５…操作ユニット、３６…屋内配電盤、４０…クランクシャフト。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの始動を制御する制御装置であって、
設定される開度にしたがいエンジンに供給するガスの流量を調整する流量調整弁と、
第１の運転信号を検出すると第１の開度による所定回数内のクランキングを開始させ、前記エンジンの回転数が基準値に未達の場合、第２の開度による前記所定回数内のクランキングを開始させる制御を行う制御部と、
を有することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
記憶部を有し、
前記第１の開度または前記第２の開度による所定回数内のクランキングで前記エンジンの回転数が前記基準値に到達した場合、前記第１の開度または前記第２の開度に対応する第１または第２のモードを前記記憶部に保持することを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記記憶部に前記第１のモードが保持され、第２の運転信号を検出すると、前記第２の運転信号に応じて前記第１の開度で前記クランキングを開始することを特徴とする請求項２記載の制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記記憶部に前記第２のモードが保持され、第２の運転信号を検出すると、前記第２の運転信号に応じて前記第２の開度で前記クランキングを開始することを特徴とする請求項２記載の制御装置。
【請求項５】
報知部を更に有し、
前記制御部は、
前記第１のモード、前記第２のモードのそれぞれによる所定回数内のクランキングで、いずれも前記エンジンの回転数が前記基準値に未達の場合に、前記報知部によりクランキングの不良を報知することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の制御装置。
【請求項６】
前記請求項１〜５のいずれか１項記載の制御装置を有するコージェネレーション装置。
【請求項１】
エンジンの始動を制御する制御装置であって、
設定される開度にしたがいエンジンに供給するガスの流量を調整する流量調整弁と、
第１の運転信号を検出すると第１の開度による所定回数内のクランキングを開始させ、前記エンジンの回転数が基準値に未達の場合、第２の開度による前記所定回数内のクランキングを開始させる制御を行う制御部と、
を有することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
記憶部を有し、
前記第１の開度または前記第２の開度による所定回数内のクランキングで前記エンジンの回転数が前記基準値に到達した場合、前記第１の開度または前記第２の開度に対応する第１または第２のモードを前記記憶部に保持することを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記記憶部に前記第１のモードが保持され、第２の運転信号を検出すると、前記第２の運転信号に応じて前記第１の開度で前記クランキングを開始することを特徴とする請求項２記載の制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記記憶部に前記第２のモードが保持され、第２の運転信号を検出すると、前記第２の運転信号に応じて前記第２の開度で前記クランキングを開始することを特徴とする請求項２記載の制御装置。
【請求項５】
報知部を更に有し、
前記制御部は、
前記第１のモード、前記第２のモードのそれぞれによる所定回数内のクランキングで、いずれも前記エンジンの回転数が前記基準値に未達の場合に、前記報知部によりクランキングの不良を報知することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の制御装置。
【請求項６】
前記請求項１〜５のいずれか１項記載の制御装置を有するコージェネレーション装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１５４２７６（Ｐ２０１２−１５４２７６Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５３９３（Ｐ２０１１−１５３９３）
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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