JP2011085111A - エンジン及びエンジン発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、定常運転状態となるまでの暖気運転をできるだけ短くしながら、燃料消費効率等のエンジンの運転効率の低下を防止することが可能な技術を提供する。
【解決手段】吸気、圧縮、膨張、排気の４行程を含む１サイクルを繰り返して作動するエンジンにおいて、１サイクル内に４行程とは別の行程を追加しないで運転する４行程サイクル運転と、１サイクル内に４行程とは別に燃焼を伴わないでピストンを往復動させる一対の休止行程を１つ以上追加して運転する増加行程サイクル運転とを択一的に切り換える形態で、１サイクル内に含まれる行程数である１サイクル行程数を変更可能に構成され、エンジン始動時に４行程サイクル運転を行い、エンジンの温度が、エンジンの暖気運転が終了したと判断できる所定温度となった場合に増加行程サイクル運転に切り換え可能な形態で、１サイクル行程数をエンジンの温度に基づいて制御する制御手段を備えた。
【選択図】図４

Description

本発明は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程とからなる４行程を含む１サイクルを繰り返して作動するエンジン及びこのエンジンにより駆動される発電機を備えたエンジン発電装置に関する。

従来のエンジンとして、エンジン負荷に応じて、上記４行程で運転する４行程サイクル運転と、４行程とは別に燃焼を行わないでピストンを往復動させる一対の休止行程を１つ以上追加して運転する増加行程サイクル運転とを、択一的に切り換えることができるものが開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
この特許文献１に開示のエンジンでは、定常運転状態において、エンジン負荷が定格負荷域にある場合に４行程サイクル運転を行い、エンジン負荷が定格負荷域よりも低い部分負荷域にある場合に増加行程サイクル運転を行うように構成されている。

これにより、エンジンの運転をエンジン負荷に基づいて制御することにより、エンジン負荷の大幅な低下に対応して、広範囲且つ高効率に軸出力を変更することができるとされている。

特開２００７−２７０７８１号公報

特許文献１に開示のエンジンにおいては、定常運転状態においてエンジン負荷に基づいてエンジンの運転状態を切り換えることにより、エンジン負荷の低下や上昇に対応して高効率に軸出力を変更することができるものの、エンジンの始動時から定常運転状態となるまでの暖気運転中においては、エンジンの運転状態を切り換えることは行われていなかった。
仮に、特許文献１に開示の運転状態を切り換えることが可能なエンジンにおいて、暖気運転中に軸出力の低い増加行程サイクル運転で運転した場合には、単位時間あたりにエンジンから発生する熱量が少なく、エンジンの温度が適切な温度に上昇するまでに非常に長い時間が必要となってしまい、燃料消費効率等のエンジンの運転効率を低下するものとなり兼ねないという問題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、定常運転状態となるまでの暖気運転をできるだけ短くしながら、燃料消費効率等のエンジンの運転効率の低下を防止することが可能な技術を提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係るエンジンは、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程とからなる４行程を含む１サイクルを繰り返して作動するエンジンであって、その特徴構成は、前記１サイクル内に前記４行程とは別の行程を追加しないで運転する４行程サイクル運転と、前記１サイクル内に前記４行程とは別に燃焼を伴わないでピストンを往復動させる一対の休止行程を１つ以上追加して運転する増加行程サイクル運転とを択一的に切り換える形態で、前記１サイクル内に含まれる行程数である１サイクル行程数を変更可能に構成され、エンジン始動時に前記４行程サイクル運転を行い、前記エンジンの温度が、前記エンジンの暖気運転が終了したと判断できる所定温度となった場合に前記増加行程サイクル運転に切り換え可能とする形態で、前記１サイクル行程数を前記エンジンの温度に基づいて制御する制御手段を備えた点にある。
尚、上記４行程サイクル運転において、１サイクル内に前記４行程とは別の行程を追加しないで運転するとは、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程とからなる４行程のみを順に繰り返して作動する形態で運転することを示す。

上記特徴構成によれば、制御手段が、エンジン始動時に４行程サイクル運転を行い、エンジンの温度が、エンジンの暖気運転が終了したと判断できる所定温度となった場合に増加行程サイクル運転に切り換え可能な形態で、１サイクル行程数をエンジンの温度に基づいて制御するので、エンジンの温度が比較的低い温度である場合（暖気運転状態）にはエンジンの温度をより早く上昇させることができる４行程サイクル運転を行い、エンジンの温度が所定温度となった場合（定常運転状態）にはエンジンの効率的な運転を実現できる増加行程サイクル運転を行うことが可能となる。これにより、暖気運転状態において、軸出力が低くエンジンの温度を早期に上昇させることが困難な増加行程サイクル運転が行われるのを防止して、暖気運転の時間をできるだけ短縮することができるとともに、その時間短縮により燃料消費効率等のエンジンの運転効率の低下を防止することができる。
ここで、増加行程サイクル運転は、吸気、圧縮、膨張、排気との４行程を含む１サイクル内に、この４行程とは別に、膨張（燃焼）を伴わないでピストンを往復動させる一対の休止行程を１つ以上追加するものである。これにより、例えば、エンジンの温度が所定温度となった後（定常運転状態）においてエンジン負荷の低下に対応して、１サイクル内の行程数である１サイクル行程数を４よりも大きい偶数値に増加した増加行程サイクル運転を行う状態とすることができる。このように定常運転状態において増加行程サイクル運転を行えば、４行程サイクル運転を行う場合と比較して、１サイクル内に軸出力を発生しない一対の休止行程を１つ以上追加した分、エンジン負荷の低下に対応して軸出力を低下させることができ、エンジンの運転を効率よく行うことができる。
よって、暖気運転中において、制御手段により、１サイクル行程数をエンジンの温度に基づいて制御することにより、定常運転状態となるまでの暖気運転をできるだけ短くしながら、燃料消費効率等のエンジンの運転効率の低下を防止することができる。

本発明に係るエンジンの更なる特徴構成は、前記制御手段が、前記エンジンの温度に基づいて前記１サイクル行程数を制御するに当たり、前記エンジン内の油温が所定温度となった場合に、前記エンジンの温度が前記エンジンの暖気運転が終了したと判断できる前記所定温度となったものと判別する点にある。

上記特徴構成によれば、制御手段が、エンジンの温度を代表するとともに測定の容易なエンジン内の油温を用いて、エンジン内の油温が所定温度となった場合に暖気運転が終了したと判断でき、簡易に１サイクル行程数を制御することができる。

本発明に係るエンジンの更なる特徴構成は、前記制御手段が、前記エンジンの温度に基づいて前記１サイクル行程数を制御するに当たり、前記エンジンの始動開始からの経過時間が所定時間となった場合に、前記エンジンの温度が前記エンジンの暖気運転が終了したと判断できる前記所定温度となったものと判別する点にある。

上記特徴構成によれば、制御手段が、エンジンの温度を計測するか否かにかかわらず、エンジンの始動開始からの経過時間が所定時間となった場合に、エンジンの温度が暖気運転を終了したと判断することができる所定温度になったものと判別するので、より簡易に１サイクル行程数を制御することができる。なお、エンジンの始動開始からの経過時間とエンジンの温度との関係（特にエンジンの温度が上記所定温度となるまでの経過時間）は、予め計測したものを用いることができる。

本発明に係るエンジンの更なる特徴構成は、前記一対の休止行程が、吸気バルブ及び排気バルブを閉とした密閉状態でピストンを下降させる密閉下降行程と、同密閉状態でピストンを上昇させる密閉上昇行程とからなる点にある。

上記特徴構成によれば、１サイクル内に１以上追加する一対の休止行程を密閉下降行程と密閉上昇行程とすることで、これら休止行程中に、吸気バルブ及び排気バルブを閉とした密閉状態となり、混合気が燃焼せずに排気路に排出されたり排ガスが吸気路側に逆流するなどのような、吸気路及び排気路におけるガスの不適切な流動を防止することができる。

上記目的を達成するための本発明に係るエンジン発電装置の特徴構成は、上記何れかの特徴構成を備えたエンジンにより駆動される発電機と、前記発電機の発電電力を商用電力系統に系統連系するインバータと、前記インバータを介して供給された前記発電機からの発電電力を熱に変換自在な電気ヒータとを備え、前記制御手段が、前記エンジン始動時から前記エンジンの暖気運転が終了するまでにおいて、前記発電機から電力負荷に供給された前記発電電力の余剰電力を用いて前記電気ヒータを作動させ、冷却水循環回路を通流し前記エンジンを冷却するためのエンジン冷却水、或いはオイル循環回路を通流し前記エンジン内に供給されるエンジンオイルを加熱させる点にある。

上記特徴構成によれば、制御手段が、エンジン始動時からエンジンの暖気運転が終了するまでのエンジンの温度が比較的低い温度である場合（暖気運転状態）において、エンジンにより駆動された発電機からの発電電力のうち電力負荷により消費されなかった余剰電力を用いて電気ヒータを作動させ、エンジンを冷却するためのエンジン冷却水、或いはエンジン内に供給されるエンジンオイルを加熱させる。これにより、暖気運転状態において、エンジンの温度を早く上昇させることができる４行程サイクル運転を行うことに加えて、さらに、電気ヒータにより加熱されたエンジン冷却水或いはエンジンオイルを介して、より多くの熱量をエンジンに供給することができ、より迅速かつ効率的にエンジンの温度を上昇させることができる。
よって、暖気運転中において、定常運転状態となるまでの暖気運転をより短くすることができるとともに、発電機からの発電電力を有効に活用することができる。

エンジンの概略構成図 ４行程サイクル運転の状態を模式的に表す説明図 ６行程サイクル運転の状態を模式的に表す説明図 エンジン始動開始からの経過時間とエンジン内の油温との関係を示すグラフ図 エンジン発電装置の概略構成図 ８行程サイクル運転の状態を模式的に表す説明図

本発明に係るエンジンの実施の形態について、図１〜図４に基づいて説明する。
図１は、エンジンの概略構成図、図２及び図３は、エンジンの各種運転状態を模式的に表す説明図、図４は、エンジン始動開始からの経過時間とエンジン内の油温との関係を示すグラフ図である。
尚、図２及び図３や以下の説明において、ピストン位置としての「ＴＤＣ」は上死点位置を示し、ピストン位置としての「ＢＤＣ」は下死点位置を示し、吸気バルブ及び排気バルブの開閉状態としての「Ｏ」は開状態を示し、吸気バルブ及び排気バルブの開閉状態としての「Ｃ」は閉状態を示し、クランク角度としての「°ＢＢＤＣ」は下死点前のクランク角度を示す。

〔エンジン〕
エンジン５０には、図１に示すように、シリンダ３の内面とピストン４の頂面とで規定される燃焼室１０と、燃焼室１０に吸気バルブ１を介して接続された吸気路１３と、燃焼室１０に排気バルブ２を介して接続された排気路１４とが設けられている。エンジン５０には、吸気バルブ１及び排気バルブ２の開閉動作を行うためのカム式又は電磁アクチュエータ式又は油圧アクチュエータ式等の公知の動弁機構２０が設けられており、エンジン５０の運転を制御する制御装置３０（制御手段の一例）により制御されるように構成されている。

ピストン４は連結棒８に揺動自在に連結されており、ピストン４の往復動は連結棒８によって１つのクランク軸９の回転運動として得られ、このような構成は通常のエンジンと変わるところがない。

吸気路１３には、流通する空気と天然ガス系都市ガスである燃料との混合気Ｉが形成され、その混合気Ｉは、クランク角がＴＤＣ（上死点）付近からＢＤＣ（下死点）付近まで吸気バルブ１が開状態となる吸気行程において燃焼室１０に吸気される。

そして、エンジン５０は、燃焼室１０に吸気された混合気Ｉを、吸気バルブ１及び排気バルブ２の両方が閉状態となる圧縮行程において、ピストン４の上昇により圧縮し、その圧縮された混合気Ｉを、点火プラグ（図示せず）による火花点火又は圧縮着火等の公知の着火方法により着火させ、更に、膨張行程において、混合気Ｉの燃焼によりピストン４を押し下げて軸出力を得るように構成されている。

また、上記膨張行程の後に、クランク角がＢＤＣ付近からＴＤＣ付近まで排気バルブ２が開状態となる排気行程において、燃焼室１０の排ガスＥは排気路１４に排出される。

そして、このエンジン５０は、１サイクル内に上述した吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程とからなる４行程を含み、且つ当該４行程とは別の行程を追加しないで運転する通常の４行程サイクル運転を行うように構成されている。

次に、このエンジン５０は、制御装置３０により、４行程サイクル運転と、１サイクル内に含まれる行程数である１サイクル行程数を６に増加して運転する６行程サイクル運転（増加行程サイクル行程の一例）とを切り換える形態で、１サイクル行程数を変更可能に構成されている。以下、夫々の運転を行うための詳細構成について図２、図３に基づいて説明する。

〔４行程サイクル運転〕
エンジン５０は、４行程サイクル運転を行う場合には、図２に示すように、ピストンのＴＤＣとＢＤＣとの間の往復動に伴って、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程のみを順に含む１サイクルを繰り返して作動する。
ここで、吸気バルブ１は、吸気行程においてピストンのＴＤＣからＢＤＣへの下降動作に伴って吸気路１３から混合気Ｉを燃焼室１０に吸気するべく、吸気行程の開始時点付近で開状態となり、吸気行程の終了時点付近で閉状態となる。一方、排気バルブ２は、排気行程においてピストンのＢＤＣからＴＤＣへの上昇動作に伴って燃焼室１０の排ガスＥを排気路１４に排出するべく、排気行程の開始時点付近で開状態となり、排気行程の終了時点付近で閉状態となる。
そして、この４行程サイクル運転では、１サイクル内に含まれる行程数である１サイクル行程数が４（４行程）であり、１サイクルを構成する４行程における一の膨張行程において、混合気Ｉの燃焼によりピストン４を押し下げて軸出力が発生する。

〔６行程サイクル運転〕
エンジン５０は、図３に示すように、増加行程サイクル運転として１サイクル行程数を６とした６行程サイクル運転を実行可能に構成されている。
即ち、エンジン５０は、かかる６行程サイクル運転を行う場合には、１サイクル内に上記４行程とは別に、燃焼を伴わないでピストンを往復動させる一対の休止行程としての密閉上昇行程と密閉下降行程とを１つ追加し、この６行程からなる１サイクルを繰り返して作動する。
この６行程サイクル運転では、１サイクル内に燃焼を伴わない休止行程が追加されているので、４行程サイクル運転と比較して単位時間当たりにエンジン５０が発生する熱量は少なくなる。例えば、４行程サイクル運転に対し６行程サイクル運転で休止行程が追加された分、１サイクルを行うために必要な時間が１．５倍程度になった場合には、４行程サイクル運転により単位時間当たりに発生する熱量に対し６行程サイクル運転により単位時間当たりに発生する熱量は、２／３程度となる。

密閉上昇行程及び密閉下降行程は、共に、吸気バルブ１及び排気バルブ２を閉とした密閉状態として、吸気路１３及び排気路１４におけるガスの不適切な流動を防止しながら、ピストンを上昇及び下降させる休止行程である。
密閉上昇行程では、燃焼室１０が密閉状態となっており、ピストン４をＢＤＣからＴＤＣへ上昇動作させる。
一方、密閉下降行程では、燃焼室１０が密閉状態となっており、ピストン４のＴＤＣからＢＤＣへ下降動作させる。

また、密閉上昇行程と密閉下降行程との一対の休止行程は、吸気行程と圧縮行程との間に追加されている。かかる休止行程においては、燃焼室１０には吸気行程による吸気された混合気Ｉが存在することとなり、燃焼室１０内に混合気Ｉが存在しない場合よりも圧力が高くなっているので、ピストン４の上昇及び下降動作を容易に行うことができ、エンジンの運転が困難となることは防止されている。
そして、この６行程サイクル運転では、１サイクル行程数が６（６行程）であり、１サイクルを構成する６行程における一の膨張行程において、混合気Ｉの燃焼によりピストン４を押し下げて軸出力が発生することから、４行程サイクル運転に対して相対的に軸出力が２／３程度に低下することになる。

以上がエンジン５０における各運転を行うための詳細構成であるが、エンジン５０に設けられる制御装置３０は、エンジン５０内の油温（エンジン５０の温度の一例）に基づいて、当該油温が暖気運転が終了したと判断できる所定温度となるまでの暖気運転状態と、暖気運転が終了した定常運転状態とにおいて、エンジン５０の運転状態を適切に切り換える制御を行う。
このような制御装置３０による切り換え制御の詳細について、以下に説明する。

〔暖気運転〕
エンジン５０の始動開始からエンジン５０内の油温が所定温度となるまでの運転である暖気運転においては、制御装置３０により、比較的軸出力が高く単位時間あたりの発生熱量が大きい４行程サイクル運転を実行する制御がなされる。ここで、図１に示すように、エンジン５０には、エンジン５０内に流通する油の温度（油温）を測定可能な油温センサ４１がシリンダ３の下部に配置され、当該油温センサ４１で測定された油温が温度信号として温度検出部４０により制御装置３０へ出力されることにより、制御装置３０においてエンジン５０の温度を把握することができる。
具体的には、図４に示すように、制御装置３０は、温度検出部４０から出力されたエンジン５０内の油温に基づいて、この油温が当該エンジン５０の始動開始から所定温度（例えば、６０℃程度）となるまで、４行程サイクル運転で暖気運転し（図４中、実線で示す）、当該所定温度になると暖気運転が終了したものと判断して、後述する定常運転を行うように構成されている。すなわち、制御装置３０は、暖気運転状態においては４行程サイクル運転を行い、６行程サイクル運転を行わないように、１サイクル行程数を制御する。
このように暖気運転において単位時間当たりの発熱量が大きい４行程サイクル運転を行い、６行程サイクル運転を行わないことにより、暖気運転が終了するまでの時間を短くすることができる。例えば、図４に示すように、４行程サイクル運転を行った場合（図４中、実線で示す）は、運転開始から４０分後に油温が所定温度となり暖気運転が終了するが、６行程サイクル運転を行った場合（図４中、破線で示す）は、暖機運転が終了するまで６０分程度必要となる。
これにより、暖気運転状態において、軸出力が低くエンジン５０の温度を早期に上昇させることが困難な６行程サイクル運転が行われるのを防止して、暖気運転の時間をできるだけ短縮することができるとともに、その時間短縮により燃料消費効率等のエンジン５０の運転効率の低下を防止することができる。

〔定常運転〕
エンジン５０内の油温が所定温度となり定常運転にある（暖気運転が終了した）場合には、制御装置３０は、エンジン負荷に基づいてエンジン５０の運転状態を切り換える制御を行う。
すなわち、制御装置３０は定常運転において、エンジン負荷が定格負荷域にある場合に４行程サイクル運転を行い、エンジン負荷が定格負荷域よりも低い部分負荷域（低負荷域）にある場合に６行程サイクル運転を行うように、択一的に切り換える形態で、１サイクル行程数をエンジン負荷に基づいて制御するように構成されている。なお、定常運転においては、エンジン５０内の油温は所定温度（例えば、６０℃程度）以上となっている。
尚、エンジン負荷は、エンジン５０のクランク軸９に付加される仕事量を言い、これに対して軸出力は、エンジン５０のクランク軸９から出力される仕事量を言う。また、このエンジン負荷については、クランク軸９に係るトルクとクランク軸９の回転数とから導出することができるが、例えば、クランク軸９の軸出力により発電機や圧縮機等を駆動している場合には、その発電機に付加される発電負荷や圧縮機に付加される圧縮負荷を、上記エンジン負荷として取り扱っても構わない。

そして、制御装置３０は、エンジン５０の軸出力をエンジン負荷の変動に応じて変化させ、クランク軸９の回転数を安定させるように構成されている。
即ち、制御装置３０は、定常運転状態において、エンジン負荷が定格負荷域から低負荷域に低下した場合に、４行程サイクル運転から６行程サイクル運転に切り換えて、１サイクル行程数を４から２増加させて６とすることで、エンジン負荷の低下に応じて、軸出力を順次低下させて、エンジン負荷の変動に合わせて軸出力を広範囲で変化させることができる。
尚、上記６行程サイクル運転では、４行程サイクル運転に対して相対的に軸出力が２／３程度となることから、定格負荷域はエンジン５０の最大軸出力に相当する最大負荷から最大負荷の２／３程度までの範囲に設定され、低負荷域は上記最大負荷の２／３程度から最小負荷までの範囲に設定されている。

このように、制御装置３０が定常運転状態において６行程サイクル運転を行うことにより、４行程サイクル運転を行う場合と比較して、１サイクル内に軸出力を発生しない一対の休止行程を１つ以上追加した分、燃料消費量を変えずにエンジン負荷の低下に対応して軸出力を低下させることができ、エンジン５０の運転を効率よく行うことができる。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、本願のエンジン５０の軸出力が利用される対象であるエンジン負荷を特定しなかったが、本願のエンジン５０の軸出力を、当該エンジン５０により駆動される発電機８１を備えたエンジン発電装置８０に適用することもできる。
具体的には、図５に示すように、エンジン発電装置８０は、エンジン５０と、エンジン５０により駆動される発電機８１と、発電機８１の発電電力を商用電力系統９０に系統連系するインバータ８２と、インバータ８２を介して供給された発電機８１からの発電電力を熱に変換自在な電気ヒータ８３とを備える。また、エンジン発電装置８０は、発電機８１とインバータ８２との間にコンバータ８４を備える。
発電機８１は、エンジン５０の出力軸に連結されてエンジン５０の駆動により交流電力を発電する永久磁石式２０極三相交流発電機であり、コンバータ８４は、発電機８１から出力された交流電力を直流電力に変換するものであり、インバータ８２は、コンバータ８４から出力された直流電力を交流電力に変換するものである。商用電力系統９０は、第１電力供給ライン９２を介して、テレビ、冷蔵庫、洗濯機等の電力負荷９１に電気的に接続されている。インバータ８２は、コンバータ８４からの直流電力を商用電力系統９０の周波数及び電圧と合致する交流電力に変換することにより、発電機８１の発電出力を商用電力系統９０に系統連系している。
インバータ８２は、第２電力供給ライン８５を介して第１電力供給ライン９２に電気的に接続されており、発電機８１からの発電電力を電力負荷９１に供給自在に構成されている。第１電力供給ライン９２には、図示は省略するが、電力負荷９１の負荷電力を計測する電力負荷計測手段が設けられ、この電力負荷計測手段は、第１電力供給ライン９２を通して流れる電流に逆潮流が発生するか否かをも検出するように構成されている。そして、逆潮流が生じないように、インバータ８２により発電機８１から第１電力供給ライン９２に供給される電力が制御され、発電電力の余剰電力は、その余剰電力を熱に変換自在な電気ヒータ８３に供給されるように構成されている。
電気ヒータ８３は、発電機８１からの発電電力（特に、上記余剰電力）を熱に変換して、冷却水循環回路８６を通流するエンジン５０を冷却するためのエンジン冷却水Ｃを加熱自在に設けられている。冷却水循環回路８６は、冷却水ポンプ８７の作動によりエンジン５０と排熱回収用熱交換器９３との間でエンジン冷却水Ｃを循環させている。電気ヒータ８３は、余剰電力の大きさが大きくなるほど消費電力を大きくしてエンジン冷却水Ｃの加熱量が大きくなるように、余剰電力の大きさに応じてエンジン冷却水Ｃの加熱量を調整自在に構成されている。なお、排熱回収用熱交換器９３は、湯水通流路９４を通流する湯水Ｈをエンジン冷却水Ｃと熱交換させて、エンジン冷却水Ｃにて湯水Ｈを加熱させる熱交換器であり、当該湯水通流路９４は、例えば、コージェネレーションシステムに備えられる貯湯タンク（図示せず）を介した回路とすることで、当該貯湯タンクから供給される湯水Ｈによりエンジン５０の排熱を有するエンジン冷却水Ｃの熱を回収して利用することが可能に構成されている。
このような構成において、制御装置３０は、暖気運転時において、上記実施形態と同様に４行程サイクル運転を行うが、さらに、電力負荷計測手段の計測結果に基づいて電力負荷９１で消費される電力が少なく、発電機８１の発電電力の電力負荷９１に対する余剰分である余剰電力が発生したと判断する場合には、この余剰電力をインバータ８２を介して電気ヒータ８３に供給させる。これにより、暖気運転状態において、エンジン５０の温度を早く上昇させることができる４行程サイクル運転を行うことに加えて、さらに、電気ヒータ８３により加熱されたエンジン冷却水Ｃを介して、より多くの熱量をエンジン５０に供給することができ、より迅速かつ効率的にエンジン５０の温度を上昇させることができる。
よって、暖気運転中において、定常運転状態となるまでの暖気運転をより短くすることができるとともに、発電機８１からの発電電力を有効に活用することができる。
なお、上記では、電気ヒータ８３により冷却水循環回路８６を通流するエンジン冷却水Ｃを加熱する構成について説明したが、図示はしないものの、例えば、暖気運転時において、オイル循環回路を通流しエンジン５０内に供給されるエンジンオイルを電気ヒータ８３により加熱する構成を採用することもできる。この場合、暖気運転状態において、エンジン５０の温度を早く上昇させることができる４行程サイクル運転を行うことに加えて、さらに、電気ヒータ８３により加熱されたエンジンオイルを介して、より多くの熱量をエンジン５０に供給することができ、より迅速かつ効率的にエンジン５０の温度を上昇させることができる。

（２）上記実施形態では、エンジン５０の温度がエンジン５０の暖気運転を終了したと判断できる所定温度となったことを判別するに際し、油温センサ４１により測定され温度検出部４０により出力されたエンジン５０内の油の温度を用いたが、エンジン５０の温度が所定温度となっていることを判別することができる構成であれば、特にこの構成に限定されるものではない。
例えば、制御装置３０が、エンジン５０の始動開始からの経過時間が所定時間となった場合に、エンジン５０の温度がエンジン５０の暖気運転が終了したと判断できる所定温度となったものと判別する構成とすることもできる。
すなわち、制御装置３０が、エンジン５０の温度を計測するか否かにかかわらず、エンジン５０の始動開始からの経過時間が所定時間となった場合（例えば、図４に示す例では、４０分経過時）に、４行程サイクル運転におけるエンジン５０の温度が暖気運転を終了したと判断することができる所定温度（例えば、６０℃程度）になったものと判別する。これにより、より簡易に１サイクル行程数を制御することができる。なお、エンジン５０の始動開始からの経過時間とエンジン５０の温度との関係（特にエンジン５０の温度が所定温度となるまでの経過時間）は、例えば、予め計測して制御装置３０内に記憶したものを用いることができる。

（３）上記実施形態では、本願のエンジン５０の軸出力が利用される対象であるエンジン負荷を特定しなかったが、本願のエンジン５０の軸出力を、冷媒を圧縮する圧縮機の駆動源として利用する圧縮式ヒートポンプ回路を備えたヒートポンプシステムに適用することもできる。
この場合、エンジン５０により圧縮機を作動させて、圧縮式ヒートポンプ回路を作動させることで、エンジン５０の軸出力を有効利用して圧縮式ヒートポンプ回路において冷熱又は温熱を得ることができる。なお、エンジン５０に付加されるエンジン負荷は、圧縮式ヒートポンプ回路の熱負荷に相当するものとなる。
具体的には、制御装置３０は、定常運転状態において、先ず、圧縮式ヒートポンプ回路における熱負荷をエンジン負荷として検出し、そのエンジン負荷が定格負荷域であるか低負荷域であるかを判定して、各負荷域に応じて、４行程サイクル運転と６行程サイクル運転との切り換えを行う構成とすることができる。

（４）上記実施形態では、定常運転状態において、６行程サイクル運転を行うことにより、エンジン負荷の低下に対応して、軸出力を適切に低下させることとしたが、これに加えて、吸気バルブ１及び排気バルブ２の開閉動作を行うための動弁機構２０にバルブタイミング可変機構を設け、カムの回転又はアクチュエータの周期的な作動の位相を変更するなどして、これまで説明してきた１サイクル行程数の変更を伴う軸出力の変更を行うことなく、少なくとも吸気バルブ１の閉タイミングを調整可能とすることもできる。
これにより、このバルブタイミング可変機構により、吸気バルブ１の閉タイミングを０°ＢＢＤＣ（下死点）に対して進角又は遅角させて、吸気行程において吸気バルブ１を下死点に対して早く又は遅く閉じれば、燃焼室１０に吸気される混合気Ｉの量である吸気量が低減し、結果、軸出力が低下することになる。よって、エンジン５０は、このバルブタイミング可変機構により、吸気行程における吸気バルブ１の閉タイミングを０°ＢＢＤＣに対して進角量又は遅角量の調整を伴って進角又は遅角させることで、負荷域の変更を伴わない範囲内で低下するほど、軸出力を変更可能に構成することもできる。

（５）上記実施形態では、増加行程サイクル運転として６行程サイクル運転を行う形態を説明したが、定常運転状態においてより運転効率のよい運転である１サイクル行程数を８とした８行程サイクル運転を実行可能に構成することもできる。
すなわち、図６に示すように、エンジン５０は、かかる８行程サイクル運転を行う場合には、１サイクル内に上記４行程とは別に、燃焼を伴わないでピストンを往復動させる一対の休止行程としての密閉上昇行程と密閉下降行程とを吸気行程と圧縮行程との間に２つ追加し、この８行程からなる１サイクルを繰り返して作動することもできる。
尚、ここで追加した密閉上昇行程及び密閉下降行程との一対の休止行程は、上述した６行程サイクル運転で追加した休止行程と同様の行程であるため詳細な説明は割愛する。
具体的には、制御装置３０は、定常運転状態におけるエンジン５０の運転状態を、４行程サイクル運転と、６行程サイクル運転と、８行程サイクル運転とを択一的に切り換える形態で、１サイクル行程数を４と６と８とで切換可能で、エンジン負荷が定格負荷域にある場合に前記４行程サイクル運転を行い、エンジン負荷が定格負荷域よりも低い中負荷域にある場合に６行程サイクル運転を行い、エンジン負荷が中負荷域よりも低い低負荷域にある場合に８行程サイクル運転を行う形態で、１サイクル行程数を前記エンジン負荷に基づいて制御することもできる。
これにより、１サイクル行程数を６に増加すれば、４行程サイクル運転時に対して理論上２／３程度に低下させた軸出力を安定して出力することができ、更に、１サイクル行程数を８に増加すれば、４行程サイクル運転時に対して理論上１／２程度に低下させた軸出力を安定して出力することができる。

（６）上記実施形態においては、密閉上昇行程と密閉下降行程との一対の休止行程を、吸気行程と圧縮行程との間に追加したが、休止行程を追加する箇所は特に制限されるものではなく、例えば、燃焼室１０に排ガスＥが存在することを許容できる場合には、膨張行程と排気行程との間に、密閉上昇行程と密閉下降行程との順に追加することもできる。
また、上記一対の休止行程は、燃焼室１０への混合気Ｉの流入や排ガスＥの逆流が問題にならない場合には、吸気バルブ１及び排気バルブ２を閉とした密閉状態とするのではなく、例えばバルブ１，２のうち一方又は両方を開状態としてピストンを往復動させる行程としても構わない。

本発明に係るエンジンは、定常運転状態となるまでの暖気運転をできるだけ短くしながら、燃料消費効率等のエンジンの運転効率の低下を防止することが可能な技術として有効に利用可能である。

１ ：吸気バルブ
２ ：排気バルブ
３０：制御装置（制御手段）
４０：温度検出部
４１：油温センサ
５０：エンジン
８０：エンジン発電装置
８１：発電機
８２：インバータ
８３：電気ヒータ
８６：冷却水循環回路
９０：商用電力系統
９１：電力負荷
Ｃ ：エンジン冷却水

Claims (5)

1. 吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程とからなる４行程を含む１サイクルを繰り返して作動するエンジンであって、
   前記１サイクル内に前記４行程とは別の行程を追加しないで運転する４行程サイクル運転と、前記１サイクル内に前記４行程とは別に燃焼を伴わないでピストンを往復動させる一対の休止行程を１つ以上追加して運転する増加行程サイクル運転とを択一的に切り換える形態で、前記１サイクル内に含まれる行程数である１サイクル行程数を変更可能に構成され、
   エンジン始動時に前記４行程サイクル運転を行い、前記エンジンの温度が、前記エンジンの暖気運転が終了したと判断できる所定温度となった場合に前記増加行程サイクル運転に切り換え可能な形態で、前記１サイクル行程数を前記エンジンの温度に基づいて制御する制御手段を備えたエンジン。
2. 前記制御手段が、前記エンジンの温度に基づいて前記１サイクル行程数を制御するに当たり、前記エンジン内の油温が所定温度となった場合に、前記エンジンの温度が前記エンジンの暖気運転が終了したと判断できる前記所定温度となったものと判別する請求項１に記載のエンジン。
3. 前記制御手段が、前記エンジンの温度に基づいて前記１サイクル行程数を制御するに当たり、前記エンジンの始動開始からの経過時間が所定時間となった場合に、前記エンジンの温度が前記エンジンの暖気運転が終了したと判断できる前記所定温度となったものと判別する請求項１又は２に記載のエンジン。
4. 前記一対の休止行程が、吸気バルブ及び排気バルブを閉とした密閉状態でピストンを下降させる密閉下降行程と、同密閉状態でピストンを上昇させる密閉上昇行程とからなる請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジン。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載のエンジンにより駆動される発電機と、前記発電機の発電電力を商用電力系統に系統連系するインバータと、前記インバータを介して供給された前記発電機からの発電電力を熱に変換自在な電気ヒータとを備え、
   前記制御手段が、前記エンジン始動時から前記エンジンの暖気運転が終了するまでにおいて、前記発電機から電力負荷に供給された前記発電電力の余剰電力を用いて前記電気ヒータを作動させ、冷却水循環回路を通流し前記エンジンを冷却するためのエンジン冷却水、或いはオイル循環回路を通流し前記エンジン内に供給されるエンジンオイルを加熱させるエンジン発電装置。

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