JP4553809B2 - Start-up operation method of premixed compression ignition engine - Google Patents

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Description

本発明は、燃焼室において予混合気を圧縮して自己着火させる予混合圧縮着火運転を行う予混合圧縮着火エンジンと、
前記予混合圧縮着火エンジンの駆動軸により連結駆動されて発電を行い商用電力系統に連系可能に構成された同期発電機とを備えた予混合圧縮着火エンジン発電システムにおける予混合圧縮着火エンジンの起動運転方法に関する。 The present invention includes a premixed compression ignition engine that performs a premixed compression ignition operation in which a premixed gas is compressed and self-ignited in a combustion chamber;
Starting the premixed compression ignition engine in HCCI engine generator system comprising a communication system capable constructed synchronous generator to the commercial power system to generate electricity are connected driven by the drive shaft of the premixed compression ignition engines It relates to the driving method.

近年、低公害且つ高効率を実現し得るエンジンとして、空気と燃料とを予め混合した予混合気を燃焼室に導入し、その予混合気をピストンの断熱圧縮により自己着火させる所謂予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ；Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）運転を行う予混合圧縮着火エンジンが知られている。
かかる予混合圧縮着火エンジンは、極めて希薄な予混合気を自己着火により燃焼させることができることから、窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒子状排出物質（ＰＭ）の生成を抑制することができ、ディーゼルエンジンのように高圧縮比等による高効率化を実現することができ、更には、燃料の高圧噴射を必要としないため天然ガス等の気体燃料を用いたガスエンジンにも簡単に適用することができる。 In recent years, as an engine that can achieve low pollution and high efficiency, a so-called premixed compression ignition in which a premixed gas in which air and fuel are premixed is introduced into a combustion chamber and the premixed gas is self-ignited by adiabatic compression of a piston. 2. Description of the Related Art Premixed compression ignition engines that perform (HCCI; Homogeneous Charge Compression Ignition) operation are known.
Such a premixed compression ignition engine can burn a very lean premixed gas by self-ignition, so that generation of nitrogen oxides (NOx) and particulate emissions (PM) can be suppressed. As described above, it is possible to achieve high efficiency by a high compression ratio and the like, and furthermore, since high-pressure injection of fuel is not required, it can be easily applied to a gas engine using a gaseous fuel such as natural gas. .

かかる予混合圧縮着火エンジンでは、燃焼室において予混合気を圧縮することで発火点まで昇温させて自己着火させる必要があるので、その自己着火が適切な時期に発生するか否かは筒内温度によって定まる。よって、筒内温度が比較的低く、エンジンが未だ暖機されていない起動時等においては、予混合気を圧縮しても十分に発火点まで昇温させることができず、失火等の発生により安定して運転することができない場合がある。   In such a premixed compression ignition engine, it is necessary to raise the temperature to the ignition point by compressing the premixed gas in the combustion chamber, so that the self-ignition occurs at an appropriate timing. It depends on the temperature. Therefore, at the time of start-up where the in-cylinder temperature is relatively low and the engine is not yet warmed up, even if the premixed gas is compressed, the temperature cannot be sufficiently raised to the ignition point, and a misfire may occur. It may not be possible to drive stably.

そこで、予混合圧縮着火エンジンを起動するにあたり、暖機を良好に行うために、予混合圧縮着火エンジンの運転モードを、燃焼室において圧縮された予混合気を強制的に着火させる強制着火運転を行う強制着火運転モードとした状態で、予混合圧縮着火エンジンの運転を開始して暖機が十分に進行した後に、予混合圧縮着火エンジンの運転モードを、上述したような予混合圧縮着火運転を行う予混合圧縮着火運転モードに切り換える形態で、起動運転を行う構成とする場合がある（例えば、特許文献１及び２を参照。）。   Therefore, when starting the premixed compression ignition engine, in order to warm up well, the operation mode of the premixed compression ignition engine is set to the forced ignition operation for forcibly igniting the premixed gas compressed in the combustion chamber. In the state of the forced ignition operation mode to be performed, after the operation of the premixed compression ignition engine is started and the warm-up sufficiently proceeds, the operation mode of the premixed compression ignition engine is changed to the premixed compression ignition operation as described above. There is a case in which the start-up operation is performed by switching to the premixed compression ignition operation mode to be performed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

具体的には、予混合圧縮着火エンジンを、強制着火運転として例えば燃焼室において圧縮された予混合気を点火プラグにより火花点火する火花点火運転を行う火花点火運転モードと上記予混合圧縮着火運転モードとで運転モードを切り換え自在に構成する。そして、例えばスロットルバルブの開度を小さくして、燃焼室の圧縮前の圧力を低下させると共に、燃焼室に火花点火可能な当量比の予混合気を導入して、予混合圧縮着火エンジンの運転モードを火花点火運転モードとした状態で、予混合圧縮着火エンジンを始動する。そして、その火花点火運転モードでの運転を予混合圧縮着火エンジンの暖機が十分に進行するまで継続し、エンジンの暖機が十分に進行した後に、例えばスロットルバルブの開度を大きくして、燃焼室の圧縮前の圧力を上昇させると共に、燃焼室に低当量比の即ち希薄な予混合気を導入して、予混合圧縮着火エンジンの運転モードを前述の予混合圧縮着火運転モードに切り換える形態で、予混合圧縮着火エンジンの起動運転が実行される。   Specifically, the premixed compression ignition engine is operated as a forced ignition operation, for example, a spark ignition operation mode for performing a spark ignition operation in which a premixed gas compressed in a combustion chamber is sparked by an ignition plug, and the premixed compression ignition operation mode. And the operation mode can be switched freely. For example, by reducing the opening of the throttle valve to reduce the pressure before compression of the combustion chamber, and introducing a premixed gas in an equivalence ratio capable of spark ignition into the combustion chamber, the operation of the premixed compression ignition engine The premixed compression ignition engine is started with the mode set to the spark ignition operation mode. Then, the operation in the spark ignition operation mode is continued until the warm-up of the premixed compression ignition engine sufficiently proceeds, and after the engine warm-up sufficiently proceeds, for example, the opening of the throttle valve is increased, A mode in which the operation mode of the premixed compression ignition engine is switched to the aforementioned premixed compression ignition operation mode by increasing the pressure before compression in the combustion chamber and introducing a low equivalence ratio, that is, a lean premixed gas into the combustion chamber. Thus, the start-up operation of the premixed compression ignition engine is executed.

一方、エンジンの駆動軸により連結駆動されて発電を行い商用電力系統に連系可能に構成された同期発電機を備え、商用電力系統に対して同期発電機の同期投入（同期発電機の同期速度の運転を維持した状態で、同期発電機を商用電力系統に接続すること。）を行うエンジン発電システムにおいて、上記エンジンとして上述した予混合圧縮着火エンジンを採用した予混合圧縮着火エンジン発電システムを実現することが試みられている。   On the other hand, it is equipped with a synchronous generator that is connected and driven by the drive shaft of the engine and can be connected to the commercial power system. The synchronous generator is turned on synchronously with the commercial power system (synchronous speed of the synchronous generator). In the engine power generation system that connects the synchronous generator to the commercial power system while maintaining the operation of the engine, the premixed compression ignition engine power generation system adopting the above-mentioned premixed compression ignition engine as the engine is realized. It has been tried to do.

また、上記のような同期発電機を備えた予混合圧縮着火エンジン発電システムでは、通常、予混合圧縮着火エンジンの起動運転が完了し、燃焼室において予混合気を圧縮して自己着火させる予混合圧縮着火運転を継続している際に、商用電力系統に対して解列状態であった同期発電機の同期投入を行うように構成される。   In addition, in a premixed compression ignition engine power generation system equipped with a synchronous generator as described above, premixing is usually performed after the start-up operation of the premixed compression ignition engine is completed and the premixed gas is compressed and self-ignited in the combustion chamber. When the compression ignition operation is continued, the synchronous power generator that has been disconnected from the commercial power system is synchronously turned on.

特開２０００−２２０４８４号公報JP 2000-220484 A 特開２００４−２６３６６３号公報JP 2004-263663 A

上記のような予混合圧縮着火エンジン発電システムでは、予混合圧縮着火運転を継続している際に、同期発電機の商用電力系統に対する同期投入を行うと、急激な負荷変動により駆動軸の回転速度が変動し、更には、自己着火の時期を適切な時期に維持しながら出力を高速制御することが困難であることから、同期発電機の発電周波数及び電圧が不安定な状態となり、結果、同期発電機により商用電力系統に連系して発電を行うことが困難となる場合がある。   In the premixed compression ignition engine power generation system as described above, when the premixed compression ignition operation is continued, if the synchronous power is supplied to the commercial power system of the synchronous generator, the rotational speed of the drive shaft due to sudden load fluctuations. Furthermore, since it is difficult to control the output at high speed while maintaining the self-ignition timing at an appropriate time, the power generation frequency and voltage of the synchronous generator become unstable. It may be difficult to generate power by connecting to a commercial power system using a generator.

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、予混合圧縮着火エンジン発電システムにおいて、商用電力系統に対する同期発電機の同期投入を行う際においても、同期発電機の発電周波数及び電圧を商用電力系統に対して極めて高い水準で同期させ、同期発電機による商用電力系統への連系状態を適切なものとすることができる技術を提供する点にある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and the object of the present invention is to generate power from a synchronous generator in a premixed compression ignition engine power generation system even when the synchronous generator is synchronized with a commercial power system. The object of the present invention is to provide a technology that can synchronize the frequency and voltage with a commercial power system at a very high level and make the state of connection to the commercial power system by a synchronous generator appropriate.

上記目的を達成するための本発明に係る予混合圧縮着火エンジンの起動運転方法は、燃焼室において予混合気を圧縮して自己着火させる予混合圧縮着火運転を行う予混合圧縮着火エンジンと、
前記予混合圧縮着火エンジンの駆動軸により連結駆動されて発電を行い商用電力系統に連系可能に構成された同期発電機とを備えた予混合圧縮着火エンジン発電システムにおける予混合圧縮着火エンジンの起動運転方法であって、
その特徴構成は、前記同期発電機は、同期発電機および誘導電動機として動作可能に構成され、
前記同期発電機の回転子に、同期発電機として動作する場合に機能する励磁巻線部と、誘導電動機として動作する場合に機能するかご形構造部とを有し、
前記予混合圧縮着火エンジンの始動時に、前記予混合圧縮着火エンジンの運転モードを前記強制着火運転モードとした状態で、前記同期発電機へ駆動電力を供給し、当該同期発電機を誘導電動機として動作させて前記予混合圧縮着火エンジンの運転を開始する運転開始ステップと、
前記予混合圧縮着火エンジンの運転を開始した後に、前記同期発電機の発電電力の周波数および電圧を、前記商用電力系統の周波数および電圧に一致させる形態で前記商用電力系統に対して解列状態であった前記同期発電機の同期投入を行う同期投入ステップと、
前記同期投入を行った後に、前記予混合圧縮着火エンジンの運転モードを前記予混合圧縮着火運転モードに切り換える形態で前記予混合圧縮着火エンジンを起動させるモード切換ステップとを有する点にある。 In order to achieve the above object, a premixed compression ignition engine start-up operation method according to the present invention includes a premixed compression ignition engine that performs a premixed compression ignition operation in which a premixed gas is compressed and self-ignited in a combustion chamber;
Activation of a premixed compression ignition engine in a premixed compression ignition engine power generation system including a synchronous generator configured to be connected and driven by a drive shaft of the premixed compression ignition engine to be connected to a commercial power system Driving method,
The characteristic configuration is configured such that the synchronous generator is operable as a synchronous generator and an induction motor,
The rotor of the synchronous generator has an excitation winding portion that functions when operating as a synchronous generator, and a cage-shaped structure portion that functions when operating as an induction motor,
When the premixed compression ignition engine is started, the driving power is supplied to the synchronous generator while the operation mode of the premixed compression ignition engine is set to the forced ignition operation mode, and the synchronous generator operates as an induction motor. An operation start step for starting the operation of the premixed compression ignition engine;
After starting the operation of the premixed compression ignition engine, the frequency and voltage of the generated power of the synchronous generator are disconnected from the commercial power system in a form that matches the frequency and voltage of the commercial power system. A synchronous charging step of performing synchronous charging of the synchronous generator,
And a mode switching step of starting the premixed compression ignition engine in such a manner that the operation mode of the premixed compression ignition engine is switched to the premixed compression ignition operation mode after performing the synchronous charging .

即ち、商用電力系統に対する同期発電機の同期投入を行う際には、予混合圧縮着火エンジンの運転モードが、常に燃焼室において圧縮された予混合気が適切な時期に強制的に着火される強制着火運転モードとされているので、上記同期投入を行うことにより急激に負荷変動しても、予混合圧縮着火エンジンにおける強制着火の時期を適切な時期に維持しながら出力を高速制御して駆動軸の回転速度を適切なものに安定させることができる。よって、その予混合圧縮着火エンジンが連結駆動する同期発電機の発電周波数及び電圧を商用電力系統に対して極めて高い水準で同期させることができ、同期発電機による商用電力系統への連系状態を適切なものとすることができる。   That is, when the synchronous generator is synchronously turned on to the commercial power system, the operation mode of the premixed compression ignition engine is always forced to ignite the premixed gas compressed in the combustion chamber at an appropriate time. Since it is in the ignition operation mode, even if the load fluctuates suddenly by performing the above-mentioned synchronous input, the output shaft is controlled at high speed while maintaining the forced ignition timing in the premixed compression ignition engine at an appropriate timing. The rotation speed can be stabilized to an appropriate value. Therefore, the power generation frequency and voltage of the synchronous generator to which the premixed compression ignition engine is coupled and driven can be synchronized with the commercial power system at a very high level. Can be appropriate.

また、商用電力系統に対する同期発電機の同期投入を行った後には、低公害且つ高効率を図るために、予混合圧縮着火エンジンの運転モードを強制着火運転モードから予混合圧縮着火運転モードに切り換えることができる。
更に、同期発電機が商用電力系統に連系して発電を行うので、同期発電機における回転子と固定子との間には、回転子を連結駆動する駆動軸の回転数を安定させるように電磁力が働く。即ち、駆動軸に連結駆動される回転子の回転速度が同期速度よりも早くなろうとすると回転子に対してブレーキをかけ、一方、同回転速度が同期速度よりも遅くなろうとすると回転子に対して加速力を与えるような形態で、上記電磁力による制動作用が働く。従って、予混合圧縮着火エンジンの運転モードを強制着火運転モードから予混合圧縮着火運転モードに切り換える際の撹乱を上記同期発電機に働く制動作用により抑制することができる。 In addition, after the synchronous generator is synchronized with the commercial power system, the premixed compression ignition engine operation mode is switched from the forced ignition operation mode to the premixed compression ignition operation mode in order to achieve low pollution and high efficiency. be able to.
Furthermore, since the synchronous generator is connected to the commercial power system to generate power, the rotational speed of the drive shaft for connecting and driving the rotor is stabilized between the rotor and the stator in the synchronous generator. Electromagnetic force works. That is, if the rotational speed of the rotor connected to the drive shaft is to be faster than the synchronous speed, the rotor is braked, while if the rotational speed is to be slower than the synchronous speed, the rotor is braked. Thus, the braking action by the electromagnetic force works in a form that gives acceleration force. Therefore, the disturbance when the operation mode of the premixed compression ignition engine is switched from the forced ignition operation mode to the premixed compression ignition operation mode can be suppressed by the braking action acting on the synchronous generator.

そして、上記同期発電機が、同時に制動巻線のような上記誘導電動機構造を有するので、予混合圧縮着火エンジンを始動する際には、誘導電動機構造に駆動電力を供給して、同期発電機を誘導電動機として機能させることで、予混合圧縮着火エンジンの駆動軸を回転させる所謂モータリングを行うことができる。
また、同期発電機が商用電力系統に連系して発電を行っている際には、駆動軸に連結駆動される回転子の回転速度が同期速度から乖離しようとすると、上記誘導電動機構造により、その乖離を抑制する形態で回転子に対して制動作用が働くので、予混合圧縮着火エンジンの運転モードを強制着火運転モードから予混合圧縮着火運転モードに切り換える際の撹乱を誘導電動機構造による制動作用により良好に抑制することができる。 And since the said synchronous generator has the said induction motor structure like a braking coil simultaneously, when starting a premixed compression ignition engine, drive power is supplied to an induction motor structure and a synchronous generator is By functioning as an induction motor, so-called motoring that rotates the drive shaft of the premixed compression ignition engine can be performed.
In addition, when the synchronous generator is connected to the commercial power system to generate power, if the rotational speed of the rotor connected to the drive shaft tries to deviate from the synchronous speed, the induction motor structure Since the braking action acts on the rotor in a form that suppresses the deviation, the braking action by the induction motor structure is suppressed when the operation mode of the premixed compression ignition engine is switched from the forced ignition operation mode to the premixed compression ignition operation mode. It can suppress more favorably.

そして、上記運転制御手段により、予混合圧縮着火エンジンの起動運転を実行するにあたり、予混合圧縮着火エンジンの運転モードを、上記強制着火運転モードとした状態で、予混合圧縮着火エンジンの運転を簡単に開始することができ、その強制着火運転モードを維持して暖機を十分に進行させた後に、予混合圧縮着火エンジンの運転モードを上記予混合圧縮着火運転モードに切り換えて、低公害且つ高効率を図ることができる。
また、このような予混合圧縮着火エンジンの起動運転において、商用電力系統に対する同期発電機の同期投入を行う時期を、予混合圧縮着火エンジンの運転モードが強制着火運転モードから予混合圧縮着火運転モードに切り換えられる前の時期とすることで、上記同期投入を行うことにより急激に負荷変動しても、予混合圧縮着火エンジンにおける強制着火の時期を適切な時期に維持しながら出力を高速制御して駆動軸の回転速度を適切なものに安定させることができる。従って、予混合圧縮着火エンジンを適切に起動しながら、運転モードを予混合圧縮着火運転モードに切り換える前に、同期発電機の商用電力系統への同期投入を行って、同期発電機の発電周波数及び電圧を商用電力系統に対して極めて高い水準で同期させることができ、同期発電機による商用電力系統への連系状態を適切なものとすることができる。 Then , when the premixed compression ignition engine is started by the operation control means, the operation of the premixed compression ignition engine is simplified with the operation mode of the premixed compression ignition engine set to the forced ignition operation mode. After the forced ignition operation mode is maintained and the warm-up is sufficiently advanced, the operation mode of the premixed compression ignition engine is switched to the premixed compression ignition operation mode to reduce the pollution and high Efficiency can be increased.
Also , in the start-up operation of such a premixed compression ignition engine, when the synchronous generator is synchronized with the commercial power system, the operation mode of the premixed compression ignition engine is changed from the forced ignition operation mode to the premixed compression ignition operation mode. By setting the time before switching to, even if the load fluctuates suddenly by performing the above-mentioned synchronous injection, the output is controlled at high speed while maintaining the forced ignition timing in the premixed compression ignition engine at an appropriate time. The rotational speed of the drive shaft can be stabilized to an appropriate value. Therefore, while properly starting the premixed compression ignition engine, before switching the operation mode to the premixed compression ignition operation mode, the synchronous generator is synchronized with the commercial power system and the power generation frequency of the synchronous generator and The voltage can be synchronized with the commercial power system at an extremely high level, and the state of connection to the commercial power system by the synchronous generator can be made appropriate.

本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１に示す予混合圧縮着火エンジン発電システムは、燃焼室２において予混合気Ｍを圧縮して自己着火させる予混合圧縮着火エンジン５０と、その予混合圧縮着火エンジン５０のクランク軸（駆動軸）６により連結駆動されて発電を行い商用電力系統８０に連系可能に構成された同期発電機６０とを備えて構成されている。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The premixed compression ignition engine power generation system shown in FIG. 1 compresses the premixed gas M in the combustion chamber 2 to self-ignite, and the crankshaft (drive shaft) of the premixed compression ignition engine 50. 6, and a synchronous generator 60 configured to be connected to the commercial power system 80 by being connected and driven by the power generator 6.

先ず、予混合圧縮着火エンジン５０の詳細構成について説明する。
予混合圧縮着火エンジン５０は、シリンダ５の内面とピストン３の頂面とで規定される燃焼室２と、燃焼室２に吸気弁７を介して接続された吸気路１２と、燃焼室２に排気弁８を介して接続された排気路１３とが設けられている。 First, the detailed configuration of the premixed compression ignition engine 50 will be described.
The premixed compression ignition engine 50 includes a combustion chamber 2 defined by the inner surface of the cylinder 5 and the top surface of the piston 3, an intake passage 12 connected to the combustion chamber 2 via an intake valve 7, and a combustion chamber 2. An exhaust passage 13 connected via the exhaust valve 8 is provided.

ピストン３は連結棒４に揺動自在に連結されており、ピストン３の往復動は連結棒４によって１つのクランク軸６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。   The piston 3 is swingably connected to the connecting rod 4, and the reciprocating motion of the piston 3 is obtained as a rotational movement of one crankshaft 6 by the connecting rod 4, and such a configuration is not different from a normal engine. .

吸気路１２を流通する空気Ａ（新気）は、ミキサ１８において天然ガス系都市ガスの燃料Ｇが供給されて予混合気Ｍとなり、その予混合気Ｍが燃焼室２に吸気される。   The air A (fresh air) flowing through the intake passage 12 is supplied with the natural gas city gas fuel G in the mixer 18 to become the premixed gas M, and the premixed gas M is sucked into the combustion chamber 2.

そして、予混合圧縮着火エンジン５０は、燃焼室２に吸気された予混合気Ｍを、ピストン３の上昇により圧縮して発火点まで昇温させることで、予混合気Ｍが自己着火して燃焼する所謂予混合圧縮着火運転を行って燃料Ｇを燃焼させるように構成されている。   The premixed compression ignition engine 50 compresses the premixed gas M sucked into the combustion chamber 2 by raising the piston 3 and raises the temperature to the ignition point, whereby the premixed gas M self-ignites and burns. The fuel G is burned by performing so-called premixed compression ignition operation.

予混合圧縮着火エンジン５０には、コンピュータからなるエンジン・コントロール・ユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ）３０（運転制御手段の一例）が設けられ、ＥＣＵ３０は、予混合圧縮着火エンジンの起動運転制御等の各種制御を行うように構成されている。   The premixed compression ignition engine 50 is provided with an engine control unit (hereinafter referred to as an ECU) 30 (an example of an operation control means) comprising a computer. The ECU 30 performs control such as starting operation control of the premixed compression ignition engine. It is configured to perform various controls.

吸気路１２には加熱部１５が設けられ、この加熱部１５は、例えば、シリンダ５等を冷却して高温となった冷却水や燃焼室２から排出された高温の排ガス等を熱源として、吸気路１２を流通する予混合気Ｍを加熱可能に構成されている。   The intake passage 12 is provided with a heating unit 15, which uses, for example, cooling water that has become a high temperature by cooling the cylinder 5, high-temperature exhaust gas discharged from the combustion chamber 2, and the like as a heat source. The premixed gas M flowing through the passage 12 is configured to be heatable.

更に、この加熱部１５は、吸気路１２を流通する予混合気Ｍに対する加熱部１５による加熱量を調整可能に構成されている。そして、ＥＣＵ３０は、吸気路１２の吸気弁７近傍に設けられた温度センサ２４の検出結果に基づいて、加熱部１５による加熱量を制御して、吸気路１２から燃焼室２に吸気される予混合気Ｍの温度が所定の目標温度となるように制御することができる。   Further, the heating unit 15 is configured to be able to adjust the amount of heating by the heating unit 15 for the premixed gas M flowing through the intake passage 12. Then, the ECU 30 controls the amount of heating by the heating unit 15 based on the detection result of the temperature sensor 24 provided in the vicinity of the intake valve 7 of the intake passage 12, so that the intake air from the intake passage 12 to the combustion chamber 2 is predicted. Control can be performed so that the temperature of the air-fuel mixture M becomes a predetermined target temperature.

また、ミキサ１８に供給される燃料Ｇは、燃料量調整弁１９により流量調整可能に構成されている。そして、ＥＣＵ３０は、例えば排気路１３に設けられ排ガスの酸素濃度を検出可能な酸素センサの検出結果に基づいて、吸気路１２の抵抗を制御して、ミキサ１８の特性と合わせて燃焼室２に吸気される予混合気Ｍの当量比を所定の目標当量比となるように制御することができる。   The fuel G supplied to the mixer 18 is configured so that the flow rate can be adjusted by a fuel amount adjustment valve 19. Then, the ECU 30 controls the resistance of the intake passage 12 based on the detection result of an oxygen sensor provided in the exhaust passage 13 and capable of detecting the oxygen concentration of the exhaust gas, for example, in the combustion chamber 2 together with the characteristics of the mixer 18. It is possible to control the equivalence ratio of the premixed gas M to be sucked to a predetermined target equivalence ratio.

更に、予混合圧縮着火エンジン５０には、燃焼室２に吸気され圧縮された予混合気Ｍを火花点火可能な点火プラグ２６が設けられており、燃焼室２において圧縮された予混合気Ｍを強制的に着火させる強制着火運転として、燃焼室２において圧縮された予混合気Ｍを点火プラグ２６により火花点火する火花点火運転を実行可能に構成されている。
また、ＥＣＵ３０は、上記点火プラグ２６による点火の開始及び停止、更には、点火時期の制御を行う。 Further, the premixed compression ignition engine 50 is provided with a spark plug 26 capable of spark ignition of the premixed gas M sucked into the combustion chamber 2 and compressed, and the premixed gas M compressed in the combustion chamber 2 is supplied. As a forced ignition operation for forcibly igniting, a spark ignition operation in which the premixed gas M compressed in the combustion chamber 2 is ignited by a spark plug 26 can be executed.
In addition, the ECU 30 controls the ignition timing by starting and stopping ignition by the ignition plug 26.

そして、予混合圧縮着火エンジン５０は、上述した予混合圧縮着火運転を行う予混合圧縮着火運転モードと、上述した火花点火運転を行う火花点火運転モード（強制着火運転モードの一例）とで運転モードを切り換え自在に構成されている。   The premixed compression ignition engine 50 is operated in a premixed compression ignition operation mode for performing the above-described premixed compression ignition operation and a spark ignition operation mode (an example of the forced ignition operation mode) for performing the above-described spark ignition operation. It is configured to be switchable.

具体的には、ＥＣＵ３０は、予混合圧縮着火エンジン５０の運転モードを上記火花点火運転モードとするにあたり、吸気路１２の吸気弁７近傍に設けられたスロットルバルブ１６の開度を上記予混合圧縮着火運転モードとするときよりも小さく設定して、燃焼室２の圧縮前の圧力を低下させると共に、燃料量調整弁１９の開度を上記予混合圧縮着火運転モードとするときよりも大きく設定して、ミキサ１８において生成され予混合気Ｍの当量比を火花点火可能な程度に上昇させる。そして、その予混合気Ｍを、燃焼室２に吸気しピストン３により圧縮して点火プラグ２６により火花点火して燃焼させ、上記火花点火運転を継続するように構成されている。   Specifically, when the operation mode of the premixed compression ignition engine 50 is set to the spark ignition operation mode, the ECU 30 determines the opening of the throttle valve 16 provided in the vicinity of the intake valve 7 in the intake passage 12 as the premixed compression. The pressure is set smaller than when the ignition operation mode is set, and the pressure before compression of the combustion chamber 2 is reduced, and the opening of the fuel amount adjusting valve 19 is set larger than when the premixed compression ignition operation mode is set. Thus, the equivalent ratio of the premixed gas M generated in the mixer 18 is increased to such an extent that spark ignition is possible. Then, the premixed gas M is sucked into the combustion chamber 2, compressed by the piston 3, sparked by the spark plug 26 and burned, and the spark ignition operation is continued.

一方、ＥＣＵ３０は、予混合圧縮着火エンジン５０の運転モードを上記予混合圧縮着火運転モードとするにあたり、吸気路１２の吸気弁７近傍に設けられたスロットルバルブ１６の開度を上記火花点火運転モードとするときよりも大きく設定して、燃焼室２の圧縮前の圧力を上昇させると共に、燃料量調整弁１９の開度を上記火花点火運転モードとするときよりも小さく設定して、ミキサ１８において生成され予混合気Ｍの当量比をＮＯｘの生成が抑制される希薄状態に低下させる。そして、その予混合気Ｍを、燃焼室２に吸気しピストン３により圧縮して自己着火させて燃焼させ、上記予混合圧縮着火運転を継続するように構成されている。
そして、予混合圧縮着火エンジン５０は、燃焼室２において予混合気Ｍを圧縮して自己着火させる予混合圧縮着火運転を行って燃料Ｇを燃焼させるため、例えば圧縮比を２１程度と高く設定することができるため高効率であり、更に予混合気の当量比を例えば火炎伝播下限以下と希薄状態で燃焼させることができ、また、燃焼速度も速くできるため、低ＮＯｘを実現することができる。 On the other hand, when setting the operation mode of the premixed compression ignition engine 50 to the premixed compression ignition operation mode, the ECU 30 determines the opening degree of the throttle valve 16 provided in the vicinity of the intake valve 7 of the intake passage 12 as the spark ignition operation mode. In the mixer 18, the pressure before the compression of the combustion chamber 2 is increased and the opening of the fuel adjustment valve 19 is set smaller than that in the spark ignition operation mode. The equivalent ratio of the generated premixed gas M is lowered to a lean state in which the generation of NOx is suppressed. Then, the premixed gas M is sucked into the combustion chamber 2, compressed by the piston 3, self-ignited and burned, and the premixed compression ignition operation is continued.
The premixed compression ignition engine 50 performs the premixed compression ignition operation in which the premixed gas M is compressed and self-ignited in the combustion chamber 2 to burn the fuel G. For example, the compression ratio is set as high as about 21. Therefore, combustion can be performed in a lean state such that the equivalent ratio of the premixed gas is lower than the flame propagation lower limit, and the combustion speed can be increased, so that low NOx can be realized.

更に、予混合圧縮着火エンジン５０には、火花点火停止状態とされた点火プラグ２６の電極間におけるイオン電流の発生状態に基づいて、燃焼室２における燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段２７を備え、ＥＣＵ３０は、点火プラグ２６を一旦火花点火停止状態とし、上記燃焼状態検出手段２７の検出結果により、燃焼室２において予混合気Ｍが安定して自己着火している否かを認識することができる。   Further, the premixed compression ignition engine 50 is provided with combustion state detection means 27 for detecting the combustion state in the combustion chamber 2 based on the generation state of the ion current between the electrodes of the spark plug 26 in the spark ignition stopped state. The ECU 30 once sets the spark plug 26 to the spark ignition stop state, and recognizes whether or not the premixed gas M is stably self-ignited in the combustion chamber 2 based on the detection result of the combustion state detecting means 27. it can.

次に、予混合圧縮着火エンジン５０の起動運転方法について説明する。
予混合圧縮着火エンジン５０は、起動運転において未だ十分に暖機されていないときには、予混合気Ｍを燃焼室２において圧縮しても充分に昇温させることができないので、自己着火のタイミングが変化したり、予混合気を自己着火させたりすることができず、安定して予混合圧縮着火運転を行うことができない場合がある。 Next, a startup operation method of the premixed compression ignition engine 50 will be described.
When the premixed compression ignition engine 50 is not sufficiently warmed up in the start-up operation, the premixed gas M cannot be sufficiently heated even if it is compressed in the combustion chamber 2, so that the timing of self-ignition changes. Or the premixed gas cannot be self-ignited and the premixed compression ignition operation cannot be performed stably.

よって、ＥＣＵ３０は、上記起動運転において、予混合圧縮着火エンジン５０の運転モードを上記火花点火運転モードとした状態で予混合圧縮着火エンジン５０の運転を開始し、予混合圧縮着火エンジン５０が火花点火運転を行うことで暖機が十分に進行してから、予混合圧縮着火エンジン５０の運転モードを予混合圧縮着火運転モードに切り換える形態で、起動運転を実行するように構成されている。   Therefore, in the start-up operation, the ECU 30 starts the operation of the premixed compression ignition engine 50 with the operation mode of the premixed compression ignition engine 50 set to the spark ignition operation mode. After the warm-up is sufficiently advanced by performing the operation, the start-up operation is performed in such a manner that the operation mode of the premixed compression ignition engine 50 is switched to the premixed compression ignition operation mode.

また、ＥＣＵ３０は、上記起動運転において、運転モードを上記火花点火運転モードとして予混合圧縮着火エンジン５０の運転を開始した後に、例えばエンジン冷却水温度が上昇して所定の温度に到達したとき、又は、シリンダ５の温度が上昇して所定の温度に到達したときに、暖機が完了したと判断し、運転モードを上記予混合圧縮着火に切り換える。   Further, the ECU 30 starts the operation of the premixed compression ignition engine 50 with the operation mode as the spark ignition operation mode in the start-up operation, for example, when the engine coolant temperature rises and reaches a predetermined temperature, or When the temperature of the cylinder 5 rises and reaches a predetermined temperature, it is determined that the warm-up is completed, and the operation mode is switched to the premixed compression ignition.

次に、同期発電機６０の詳細構成について説明する。
同期発電機６０は、図２に示すように、固定子６１と回転子６２とから構成され、本実施形態では、４つの永久磁石６８，６９，７０，７１を有する４極のものから構成されている。この同期発電機６０では、回転子６２の回転軸６３が、予混合圧縮着火エンジン５０のクランク軸６により連結駆動される。 Next, the detailed configuration of the synchronous generator 60 will be described.
As shown in FIG. 2, the synchronous generator 60 includes a stator 61 and a rotor 62. In the present embodiment, the synchronous generator 60 includes four pole magnets having four permanent magnets 68, 69, 70, and 71. ing. In the synchronous generator 60, the rotating shaft 63 of the rotor 62 is coupled and driven by the crankshaft 6 of the premixed compression ignition engine 50.

回転子６２は、誘導電動機に用いられるかご形構造、即ち誘導電動機構造を有しつつ、内部に同期発電機に用いられる永久磁石６８，６９，７０，７１及び励磁巻線７２，７３，７４，７５からなる同期発電機構造を有する。ここで、励磁巻線７２，７３，７４，７５は出力電圧を微調整するためのものであり、後述する自動電圧調整器（ＡＶＲ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）５５によりこの励磁巻線７２，７３，７４，７５へ流れる電流を変えて磁束が調整される。   The rotor 62 has a cage structure used for an induction motor, that is, an induction motor structure, and has permanent magnets 68, 69, 70, 71 and excitation windings 72, 73, 74, used for a synchronous generator inside. It has a 75 synchronous generator structure. Here, the excitation windings 72, 73, 74, and 75 are for finely adjusting the output voltage. The excitation windings 72, 73, and 74 are controlled by an automatic voltage regulator (AVR) 55 described later. , 75 is changed to adjust the magnetic flux.

この回転子６２には、周方向に実質的に等間隔で複数の挿入孔６４が形成され、この挿入孔６４にロータバー６５が挿入固定されている。
一方、固定子６１の内周面には周方向に実質的に等間隔で複数のスロット６６が形成され、互いに隣接するスロット６６により規定される歯部６７に誘導巻線（図示せず）が巻かれている。このように構成することにより、回転子６２にかご形が形成され、このかご形構造（回転子６２の構造）と固定子６１が誘導電動機構造を構成する。
よって、ＥＣＵ３０は、起動運転において、上記火花点火運転モードで予混合圧縮着火エンジン５０の運転を開始する際に、同期発電機６０の誘導電動機構造に駆動電力を供給して、同期発電機６０を誘導電動機として機能させて、予混合圧縮着火エンジン５０のクランク軸６を回転させる所謂モータリングを行うことができる。このエンジンの運転開始方法を、運転開始ステップと呼ぶ。 A plurality of insertion holes 64 are formed in the rotor 62 at substantially equal intervals in the circumferential direction, and a rotor bar 65 is inserted and fixed in the insertion holes 64.
On the other hand, a plurality of slots 66 are formed on the inner peripheral surface of the stator 61 at substantially equal intervals in the circumferential direction, and induction windings (not shown) are formed on the tooth portions 67 defined by the slots 66 adjacent to each other. It is rolled up. With this configuration, a cage shape is formed on the rotor 62, and the cage structure (structure of the rotor 62) and the stator 61 constitute an induction motor structure.
Therefore, the ECU 30 supplies the driving power to the induction motor structure of the synchronous generator 60 when starting the operation of the premixed compression ignition engine 50 in the spark ignition operation mode in the startup operation. It is possible to perform so-called motoring that functions as an induction motor and rotates the crankshaft 6 of the premixed compression ignition engine 50. This engine operation start method is called an operation start step.

また、回転子６２に、具体的にはこれらロータバー６５の径方向内側に、４つの永久磁石６８，６９，７０，７１が設けられている。この永久磁石６８，６９，７０，７１は、周方向に実質的に等間隔（９０°間隔）で配置され、互いに対向する永久磁石６８，７０（又は６９，７１）が実質的に平行に対面するように配置されている。このように構成することによって、回転子６２に同期磁石構造が形成され、この同期磁石構造（回転子４０の構造）と固定子６１が同期発電機構造を構成する。   The rotor 62 is provided with four permanent magnets 68, 69, 70, 71 on the inner side in the radial direction of the rotor bar 65. The permanent magnets 68, 69, 70, 71 are arranged at substantially equal intervals (90 ° intervals) in the circumferential direction, and the permanent magnets 68, 70 (or 69, 71) facing each other face each other substantially in parallel. Are arranged to be. By configuring in this way, a synchronous magnet structure is formed in the rotor 62, and this synchronous magnet structure (structure of the rotor 40) and the stator 61 constitute a synchronous generator structure.

次に、この同期発電機６０の商用電力系統８０に対する接続形態について説明する。
図１に示すように、同期発電機６０は、商用電力系統８０（例えば、三相２００Ｖ、６０Ｈｚの交流電力が供給される電力系統）に遮断器７８を介して接続されている。そして、遮断器７８が投入状態のときには、同期発電機６０が商用電力系統８０に対して電気的に接続状態となり、一方、遮断器７８が開放状態のときには、同期発電機６０が商用電力系統８０に対して解列状態となる。また、この遮断器７８と商用電力系統８０との接続ラインには、電灯や電気機器等の電力負荷８１が接続されており、この電力負荷８１で消費される電力は、同期発電機６０の発電電力で賄われ、更にはその発電電力だけでは不足する分の電力は商用電力系統８０の給電電力で賄われる。 Next, a connection form of the synchronous generator 60 to the commercial power system 80 will be described.
As shown in FIG. 1, the synchronous generator 60 is connected to a commercial power system 80 (for example, a power system to which three-phase 200 V, 60 Hz AC power is supplied) via a circuit breaker 78. When the circuit breaker 78 is in the on state, the synchronous generator 60 is electrically connected to the commercial power system 80. On the other hand, when the circuit breaker 78 is in the open state, the synchronous generator 60 is in the commercial power system 80. Is disconnected. In addition, a power load 81 such as an electric lamp or an electric device is connected to a connection line between the circuit breaker 78 and the commercial power system 80, and the power consumed by the power load 81 is generated by the synchronous generator 60. Electricity is covered by electric power, and further, electric power that is insufficient only by the generated electric power is covered by electric power supplied from the commercial power system 80.

遮断器７８の同期発電機６０側の接続部には、同期発電機６０で発電される電力の電圧を計測する電圧計測器７６が設置され、一方、遮断器７８の商用電力系統８０側の接続部には、商用電力系統８０から給電される電力の電圧を計測する電圧計測器７７が設置されている。また、これら電圧計測器７６，７７の計測結果は、ＥＣＵ３０に入力され、そのＥＣＵ３０は、その入力された計測結果から上記発電電力及び上記給電電力の電圧更にはその周波数を検出することができる。
更に、同期発電機６０には、電圧計測器７６で計測される同期発電機６０の発電電力の電圧を商用電力系統８０の給電電力の電圧と略同じものとするように、励磁巻線７２，７３，７４，７５の電流を制御する自動電圧調整器５５が設置されている。 A voltage measuring device 76 for measuring the voltage of the electric power generated by the synchronous generator 60 is installed at the connection portion of the circuit breaker 78 on the synchronous generator 60 side, while the connection of the circuit breaker 78 on the commercial power system 80 side is installed. In the section, a voltage measuring device 77 for measuring the voltage of power supplied from the commercial power system 80 is installed. The measurement results of these voltage measuring devices 76 and 77 are input to the ECU 30. The ECU 30 can detect the voltage of the generated power and the power supply power and the frequency thereof from the input measurement results.
Further, the synchronous generator 60 includes excitation windings 72, so that the voltage of the generated power of the synchronous generator 60 measured by the voltage measuring device 76 is substantially the same as the voltage of the power supplied from the commercial power system 80. An automatic voltage regulator 55 for controlling the currents 73, 74, and 75 is installed.

また、クランク軸６には、クランク軸６の回転位相を検知するための回転位相検知センサ７９が設けられ、その回転位相検知センサ７９の検知結果がＥＣＵ３０に入力され、そのＥＣＵ３０は、その入力された検知結果から上記クランク軸６のクランク角度や回転数を検出することができる。   The crankshaft 6 is provided with a rotational phase detection sensor 79 for detecting the rotational phase of the crankshaft 6, and the detection result of the rotational phase detection sensor 79 is input to the ECU 30, and the ECU 30 is input. The crank angle and the rotational speed of the crankshaft 6 can be detected from the detected result.

次に、商用電力系統８０に対する同期発電機６０の同期投入方法について、説明する。   Next, a method for synchronizing the synchronous generator 60 with respect to the commercial power system 80 will be described.

予混合圧縮着火エンジン５０を備えた予混合圧縮着火エンジン発電システムでは、遮断器７８を投入状態として、商用電力系統８０に対して解列状態であった同期発電機６０の同期投入を行うことで、急激な負荷変動が発生した場合でも、同期発電機６０の発電周波数及び電圧を商用電力系統８０に対して同期させ、同期発電機６０による商用電力系統８０への連系状態を適切なものとする必要がある。   In the premixed compression ignition engine power generation system including the premixed compression ignition engine 50, the circuit breaker 78 is turned on, and the synchronous generator 60 that has been disconnected from the commercial power system 80 is synchronously turned on. Even when a sudden load fluctuation occurs, the power generation frequency and voltage of the synchronous generator 60 are synchronized with the commercial power system 80, and the state of connection of the synchronous generator 60 to the commercial power system 80 is appropriate. There is a need to.

そこで、予混合圧縮着火エンジン発電システムは、予混合圧縮着火エンジン５０の運転モードを強制着火運転モードとした状態で、商用電力系統８０に対して同期発電機６０の同期投入を行うように構成されている。
よって、同期発電機６０の同期投入を行うことにより急激に負荷変動しても、予混合圧縮着火エンジン５０は火花点火運転モードにおいて火花点火運転を行っているので、ＥＣＵ３０はその火花点火の時期を適切な時期に維持しながら、スロットルバルブ１６の開度制御により出力を高速制御してクランク軸６の回転速度を適切なものに安定させ、同期発電機６０の発電電力の周波数を商用電力系統８０に対して極めて高い水準で同期させることができる。一方、同期発電機６０の発電電力の電圧は、上述したＡＶＲ５５の励磁巻線７２，７３，７４，７５の電流の制御により商用電力系統８０に対して極めて高い水準で同期される。 Therefore, the premixed compression ignition engine power generation system is configured to perform synchronous input of the synchronous generator 60 to the commercial power system 80 in a state where the operation mode of the premixed compression ignition engine 50 is set to the forced ignition operation mode. ing.
Therefore, even if the load is suddenly changed by synchronously turning on the synchronous generator 60, the premixed compression ignition engine 50 is performing the spark ignition operation in the spark ignition operation mode, so the ECU 30 determines the timing of the spark ignition. While maintaining an appropriate time, the output of the throttle valve 16 is controlled at a high speed by controlling the opening of the throttle valve 16 to stabilize the rotation speed of the crankshaft 6 so that the frequency of the power generated by the synchronous generator 60 is reduced to the commercial power system 80. Can be synchronized at a very high level. On the other hand, the voltage of the generated power of the synchronous generator 60 is synchronized with the commercial power system 80 at a very high level by controlling the currents of the excitation windings 72, 73, 74, 75 of the AVR 55 described above.

また、予混合圧縮着火エンジンの起動運転において、予混合圧縮着火エンジン５０の運転モードが強制着火運転モードから予混合圧縮着火運転モードに切り換えられる前の時期、即ち、予混合圧縮着火エンジン５０が火花点火運転を行っている時期に、商用電力系統８０に対して同期発電機６０の同期投入が行われる。   Further, in the start-up operation of the premixed compression ignition engine, the timing before the operation mode of the premixed compression ignition engine 50 is switched from the forced ignition operation mode to the premixed compression ignition operation mode, that is, the premixed compression ignition engine 50 is sparked. At the time of performing the ignition operation, the synchronous generator 60 is synchronously turned on to the commercial power system 80.

即ち、ＥＣＵ３０は、遮断器７８を開放状態として、予混合圧縮着火エンジン５０の火花点火運転を開始し、予混合圧縮着火エンジン５０を火花点火運転モードで運転する。
そして、電圧計測器７６で計測される同期発電機６０の発電電力の周波数及び電圧が、電圧計測器７７で計測される商用電力系統８０の給電電力の周波数及び電圧と同じものとなるように予混合圧縮着火エンジン５０の出力及びＡＶＲ５５による励磁巻線７２，７３，７４，７５への電流を制御する。 That is, the ECU 30 opens the circuit breaker 78, starts the spark ignition operation of the premixed compression ignition engine 50, and operates the premixed compression ignition engine 50 in the spark ignition operation mode.
Then, the frequency and voltage of the generated power of the synchronous generator 60 measured by the voltage measuring device 76 are predicted to be the same as the frequency and voltage of the feed power of the commercial power system 80 measured by the voltage measuring device 77. The output of the mixed compression ignition engine 50 and the current to the excitation windings 72, 73, 74, 75 by the AVR 55 are controlled.

また、同期発電機６０の発電電力と商用電力系統８０の給電電力との周波数及び電圧が一致すれば、次に、スロットルバルブ１６の微調整により給電電力に対する発電電力の位相を一致させる。
具体的には、給電電力に対する発電電力の位相が遅れているときには、スロットルバルブ１６の開度を僅かに拡大し、一方、同位相が進んでいるときには、スロットルバルブ１６の開度を僅かに縮小することで、同期発電機６０の発電電力の位相を商用電力系統８０の給電電力の位相と一致させ、それらを同期させる。 If the frequency and voltage of the power generated by the synchronous generator 60 and the power supplied from the commercial power system 80 match, then the phase of the power generated with respect to the power supplied is matched by fine adjustment of the throttle valve 16.
Specifically, when the phase of the generated power with respect to the feed power is delayed, the opening degree of the throttle valve 16 is slightly increased. On the other hand, when the phase is advanced, the opening degree of the throttle valve 16 is slightly reduced. By doing so, the phase of the generated power of the synchronous generator 60 is matched with the phase of the feed power of the commercial power system 80, and they are synchronized.

そして、同期発電機６０の発電電力を商用電力系統８０の給電電力に同期させることができれば、遮断器７８を投入して、商用電力系統８０に対して同期発電機６０の同期投入を行う。このような同期投入の工程を、同期投入ステップと呼ぶ。
ここで、予混合圧縮着火エンジン５０の運転モードは火花点火運転モードとされているので、上記同期投入時に急激な負荷変動が発生しても、点火プラグ２６による火花点火の時期は適切な時期に維持され、スロットルバルブ１６の開度制御により出力が高速制御されてクランク軸６の回転速度が適切なものに安定される。 If the power generated by the synchronous generator 60 can be synchronized with the power supplied to the commercial power system 80, the circuit breaker 78 is turned on, and the synchronous generator 60 is synchronized with the commercial power system 80. Such a process of synchronous input is called a synchronous input step.
Here, since the operation mode of the premixed compression ignition engine 50 is the spark ignition operation mode, the spark ignition timing by the spark plug 26 is set to an appropriate timing even if a sudden load fluctuation occurs at the time of the synchronous application. The output is controlled at a high speed by the opening degree control of the throttle valve 16, and the rotation speed of the crankshaft 6 is stabilized at an appropriate value.

このような同期投入が行われれば、発電電力の周波数及び電圧は、巨大容量の商用電力系統８０の給電電力の周波数及び電圧で決定されるので、ＥＣＵ３０によるスロットルバルブ１６による出力制御及びＡＶＲ５５による励磁巻線７２，７３，７４，７５の電流制御は、同期発電機６０の無効電力及び有効電力の制御に切り換えられる。   If such synchronous input is performed, the frequency and voltage of the generated power are determined by the frequency and voltage of the feed power of the huge-capacity commercial power system 80. Therefore, the output control by the throttle valve 16 by the ECU 30 and the excitation by the AVR 55 are performed. The current control of the windings 72, 73, 74 and 75 is switched to the reactive power and active power control of the synchronous generator 60.

そして、商用電力系統８０に対する同期発電機６０の同期投入が行われた後に、予混合圧縮着火エンジン５０の運転モードは、火花点火運転モードから、低公害且つ高効率を実現し得る予混合圧縮着火運転モードに切り換えられる。この運転モードの切り替えの工程を、モード切替ステップと呼ぶ。
尚、火花点火運転モードから予混合圧縮着火運転モードに運転モードを切り換える過渡状態においては、予混合気Ｍの当量比等の運転条件が急激に変動するため、着火不良やトルク変動などの不安定状態が発生する可能性があるが、これらの変動は、同期発電機が商用電力系統に連系しているため、商用電力系統からの電磁力により抑えられる。この際、誘導電動機構造の誘導巻線は、制御巻線として変動をおさえる制動力を強める働きをする。 After the synchronous generator 60 is synchronized with the commercial power system 80, the operation mode of the premixed compression ignition engine 50 is changed from the spark ignition operation mode to the premixed compression ignition capable of realizing low pollution and high efficiency. Switch to operation mode. This operation mode switching step is called a mode switching step.
In the transient state in which the operation mode is switched from the spark ignition operation mode to the premixed compression ignition operation mode, the operation conditions such as the equivalence ratio of the premixed gas M fluctuate rapidly. Although the state may occur, these fluctuations are suppressed by the electromagnetic force from the commercial power system because the synchronous generator is linked to the commercial power system. At this time, the induction winding of the induction motor structure serves to strengthen the braking force that suppresses fluctuations as a control winding.

〔別実施の形態〕
次に、本発明の別の実施の形態を説明する。
（１）上記実施の形態では、予混合圧縮着火エンジン５０の運転モードを火花点火運転モードとした状態で、商用電力系統８０に対して同期発電機６０の同期投入を行うように構成した例として、予混合圧縮着火エンジン５０の起動運転において、運転モードを火花点火運転モードから予混合圧縮着火運転モードに切り換える前に、上記同期投入を行う例について説明したが、別に、起動運転時以外にも、一旦解列状態となった同期発電機６０を商用電力系統８０に同期投入するときには、予混合圧縮着火エンジン５０の運転モードを火花点火運転モードとした後に同期投入するように構成することができる。 [Another embodiment]
Next, another embodiment of the present invention will be described.
(1) In the above embodiment, as an example in which the synchronous generator 60 is synchronously input to the commercial power system 80 with the operation mode of the premixed compression ignition engine 50 set to the spark ignition operation mode. In the start-up operation of the premixed compression ignition engine 50, the example of performing the above-mentioned synchronous injection before switching the operation mode from the spark ignition operation mode to the premixed compression ignition operation mode has been described. When the synchronous generator 60 once disconnected is put into the commercial power system 80 in synchronism, the premixed compression ignition engine 50 can be put into synchronism after the operation mode is changed to the spark ignition operation mode. .

（２）上記実施の形態では、燃焼室２において圧縮された予混合気Ｍを強制的に着火させる強制着火運転を行う強制着火運転モードを、燃焼室２において圧縮された予混合気Ｍを火花点火する火花点火運転を行う火花点火運転モードとしたが、別に、強制着火運転モードを、強制着火運転として、燃焼室２において圧縮された予混合気Ｍに比較的着火性の高い着火用燃料を高圧噴射して着火させるディーゼル運転としたディーゼル運転モードとしても構わない。 (2) In the above embodiment, the forced ignition operation mode in which the premixed gas M compressed in the combustion chamber 2 is forcibly ignited is set in the forced ignition operation mode, and the premixed gas M compressed in the combustion chamber 2 is sparked. Although the spark ignition operation mode for performing the spark ignition operation for igniting is performed, the forced ignition operation mode is set to the forced ignition operation, and the premixed gas M compressed in the combustion chamber 2 is supplied with ignition fuel having a relatively high ignitability. The diesel operation mode may be a diesel operation in which high pressure injection is performed for ignition.

（３）上記実施の形態では、同期発電機６０が誘導電動機構造を有するように構成したが、別に、クランク軸６に対して同期発電機６０とは別に誘導電動機を連結する構成としても構わない。また、同期発電機構造は、永久磁石６８，６９，７０，７１を用いずに励磁巻線７２，７３，７４，７５のみで構成しても構わない。また、励磁巻線７２，７３，７４，７５と誘導巻線とは、別巻線として説明したが、同一巻線を用い、回路の切り換えによって、その巻線を、励磁巻線又は誘導巻線（巻線への電流の供給を止めて入出力端を短絡する。）として択一的に機能させるように構成しても構わない。 (3) In the above embodiment, the synchronous generator 60 is configured to have an induction motor structure, but separately, the induction motor may be connected to the crankshaft 6 separately from the synchronous generator 60. . Further, the synchronous generator structure may be configured by only the excitation windings 72, 73, 74, 75 without using the permanent magnets 68, 69, 70, 71. Further, although the excitation windings 72, 73, 74, 75 and the induction winding have been described as separate windings, the same winding is used, and the winding is changed to the excitation winding or induction winding ( Alternatively, the current supply to the windings is stopped and the input / output terminals are short-circuited).

〈４〉上記実施の形態では、本発明に係る予混合圧縮着火エンジンを単気筒型に構成した例を説明したが、別に、多気筒型の予混合圧縮着火エンジンに対しても本発明を実施することができる。 <4> In the above embodiment, an example in which the premixed compression ignition engine according to the present invention is configured as a single cylinder type has been described. However, the present invention is also applied to a multicylinder type premixed compression ignition engine. can do.

（５）また、火花点火運転モードから予混合圧縮着火運転モードへの運転モードの切り換え方式については、既述の方式によらず、例えば排気弁８の開閉タイミングの制御により内部ＥＧＲ量を調整して、行っても構わない。 (5) The operation mode switching method from the spark ignition operation mode to the premixed compression ignition operation mode is not limited to the above-described method, and the internal EGR amount is adjusted by controlling the opening / closing timing of the exhaust valve 8, for example. You can go.

本発明は、予混合圧縮着火エンジン発電システムにおいて、商用電力系統に対する同期発電機の同期投入を行う際においても、同期発電機の発電周波数及び電圧を商用電力系統に対して極めて高い水準で同期させ、更に火花点火運転モードから予混合圧縮着火運転モードへ運転モードを切り換える際の予混合圧縮着火エンジンの動揺を抑えることによって、同期発電機による商用電力系統への連系状態を適切なものとすることができる技術として有効に利用可能である。   In the premixed compression ignition engine power generation system, the synchronous generator power generation frequency and voltage are synchronized with the commercial power system at an extremely high level even when the synchronous power generator is synchronously input to the commercial power system. In addition, by suppressing the fluctuation of the premixed compression ignition engine when switching the operation mode from the spark ignition operation mode to the premixed compression ignition operation mode, the state of connection to the commercial power system by the synchronous generator is made appropriate. It can be effectively used as a technology that can be used.

本発明に係る予混合圧縮着火エンジン発電システムの概略構成図Schematic configuration diagram of a premixed compression ignition engine power generation system according to the present invention 同期発電機の概略構成図Schematic configuration diagram of a synchronous generator

２：燃焼室
６：クランク軸（駆動軸）
２６：点火プラグ
３０：エンジン・コントロール・ユニット（運転制御手段）
５０：予混合圧縮着火エンジン
６０：同期発電機
７５：遮断器
８０：商用電力系統
Ｍ：予混合気 2: Combustion chamber 6: Crankshaft (drive shaft)
26: Spark plug 30: Engine control unit (operation control means)
50: Premixed compression ignition engine 60: Synchronous generator 75: Circuit breaker 80: Commercial power system M: Premixed gas

Claims (1)

燃焼室において予混合気を圧縮して自己着火させる予混合圧縮着火運転を行う予混合圧縮着火エンジンと、
前記予混合圧縮着火エンジンの駆動軸により連結駆動されて発電を行い商用電力系統に連系可能に構成された同期発電機とを備えた予混合圧縮着火エンジン発電システムにおける予混合圧縮着火エンジンの起動運転方法であって、
前記予混合圧縮着火エンジンを、前記予混合圧縮着火運転を行う予混合圧縮着火運転モードと、前記燃焼室において予混合気を強制的に着火させる強制着火運転を行う強制着火運転モードとで運転モードを切り換え自在に構成し、
前記同期発電機は、同期発電機および誘導電動機として動作可能に構成され、
前記同期発電機の回転子に、同期発電機として動作する場合に機能する励磁巻線部と、誘導電動機として動作する場合に機能するかご形構造部とを有し、
前記予混合圧縮着火エンジンの始動時に、前記予混合圧縮着火エンジンの運転モードを前記強制着火運転モードとした状態で、前記同期発電機へ駆動電力を供給し、当該同期発電機を誘導電動機として動作させて前記予混合圧縮着火エンジンの運転を開始する運転開始ステップと、
前記予混合圧縮着火エンジンの運転を開始した後に、前記同期発電機の発電電力の周波数および電圧を、前記商用電力系統の周波数および電圧に一致させる形態で前記商用電力系統に対して解列状態であった前記同期発電機の同期投入を行う同期投入ステップと、
前記同期投入を行った後に、前記予混合圧縮着火エンジンの運転モードを前記予混合圧縮着火運転モードに切り換える形態で前記予混合圧縮着火エンジンを起動させるモード切換ステップとを有することを特徴とする予混合圧縮着火エンジンの起動運転方法。 A premixed compression ignition engine that performs premixed compression ignition operation in which a premixed gas is compressed and self-ignited in a combustion chamber;
Activation of a premixed compression ignition engine in a premixed compression ignition engine power generation system comprising a synchronous generator configured to be connected and driven by a drive shaft of the premixed compression ignition engine to be connected to a commercial power system Driving method,
The premixed compression ignition engine is operated in a premixed compression ignition operation mode for performing the premixed compression ignition operation and a forced ignition operation mode for performing a forced ignition operation for forcibly igniting the premixed gas in the combustion chamber. Can be switched freely,
The synchronous generator is configured to be operable as a synchronous generator and an induction motor,
The rotor of the synchronous generator has an excitation winding portion that functions when operating as a synchronous generator, and a cage-shaped structure portion that functions when operating as an induction motor,
When the premixed compression ignition engine is started , the driving power is supplied to the synchronous generator while the operation mode of the premixed compression ignition engine is set to the forced ignition operation mode, and the synchronous generator operates as an induction motor. and operation start step of starting the operation of the HCCI engine by,
After starting the operation of the premixed compression ignition engine, the frequency and voltage of the generated power of the synchronous generator are in a disconnected state with respect to the commercial power system in a form that matches the frequency and voltage of the commercial power system. wherein the sync-on line cormorants synchronization poured step of the synchronous generator there,
After performing the synchronization on, and having a said mode switching step of activating a pre Ki予mixed compression ignition engines operating mode of the premixed compression ignition engines in the form of switching to the HCCI operating mode A starting operation method of a premixed compression ignition engine.
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