JP2015194160A - Egrユニット及び舶用エンジンシステム - Google Patents
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Abstract
Description
まず、図1を参照して、エンジンシステム100の全体構成について説明する。図1は、本実施形態に係るエンジンシステム100のブロック図である。図1のうち太い破線はエンジン10に供給される供給ガスの流れを示しており、太い実線はエンジン10から排出された排気ガスの流れを示している。なお、後述するように、本実施形態のエンジン10は2ストロークエンジンであるため、上記の「供給ガス」はいわゆる「掃気ガス」である。ただし、エンジン10が4ストロークエンジンの場合には、いわゆる「給気ガス」となる。
次に、図1を参照して、本実施形態に係るEGRユニット30の構成について説明する。図1に示すように、EGRユニット30は、洗浄装置40と、EGRブロワ60と、冷却器70と、補給タンク80と、演算制御装置90と、を備えている。以下、これらの各構成要素について順に説明する。
次に、第1のキャリーオーバー判定方法について説明する。ここで、発明者らは、洗浄液ミストが洗浄装置40よりも下流に持ち越されるようなキャリーオーバーが発生すると、ミスト除去部43における圧力損失、つまりミスト除去部43の上流側と下流側の差圧(前後差圧)が急激に増大することを試験により発見した。図2は、EGRガスの流速と前後差圧の関係を示した図である。なお、EGRガスの流速が大きければ、ミスト除去部43を通過する洗浄液ミストの量が増える。図2では、紙面右側に進むにつれてEGRガス流速が大きくなり、ミスト除去部43を通過する洗浄液ミストの量が増えることになる。図2において、速度がVA及びVBであるとき、キャリーオーバーは発生していない。このとき、前後差圧は低い値を維持している。一方、速度がVCであるとき、キャリーオーバーが発生している。このときの前後差圧は、速度がVA及びVBのときに比べて明らかに高い。
次に、第2のキャリーオーバー判定方法について説明する。図6は、第2のキャリーオーバー判定方法を含むEGRユニット30の制御方法を示したフローチャートである。以下で説明する演算及び制御は、演算制御装置90によって遂行される。まず、処理が開始されると、演算制御装置90は、EGRガスの情報を取得する(ステップS11)。具体的には、演算制御装置90は、第1圧力計47、第1温度計48、ガス流量計49、第2圧力計50、及び第2温度計51の測定信号を読み込む。そして、これらの信号に基づいて、それぞれ洗浄前のEGRガスの圧力P1[kPa abs]、洗浄前のEGRガスの温度T1[℃]、EGRガスの流量Qg[kg/min]、洗浄後のEGRガスの圧力P2[kPa abs]、及び洗浄後のEGRガスの温度T2[℃]の情報を取得する。
次に、第3のキャリーオーバー判定方法について説明する。図7は、第3のキャリーオーバー判定方法を含むEGRユニット30の制御方法を示したフローチャートである。以下で説明する演算及び制御は、演算制御装置90によって遂行される。まず、処理が開始されると、演算制御装置90は、EGRガスの情報を取得する(ステップS21)。具体的には、演算制御装置90は、ガス流量計49、第3圧力計73、第3温度計74、第4圧力計75、及び第4温度計76の測定信号を読み込む。そして、これらの信号に基づいて、それぞれEGRガスの流量Qg[kg/min]、冷却器70による冷却前のEGRガスの圧力P3[kPa abs]、冷却前のEGRガスの温度T3[℃]、冷却後のEGRガスの圧力P4[kPa abs]、及び冷却後のEGRガスの温度T4[℃]の情報を取得する。
次に、第4のキャリーオーバー判定方法について説明する。第4のキャリーオーバー判定方法は、第1のキャリーオーバー判定方法と第2のキャリーオーバー判定方法を組み合わせたものである。ここでは重複する説明は省略する。図8は、第4のキャリーオーバー判定方法を含むEGRユニット30の制御方法を示したフローチャートである。以下で説明する演算及び制御は、演算制御装置90によって遂行される。まず、処理が開始されると、演算制御装置90は、第1のキャリーオーバー判定方法で行ったステップS1〜S3(EGRガスの情報取得、ミスト除去部の圧力損失を算出、及び閾値の設定)を行い、測定した前後差圧(実測値)が閾値よりも大きいか否かを判定する(ステップS4)。演算制御装置90は、実測値が閾値よりも小さい場合にはキャリーオーバーが発生していないと判定する(ステップS31)。一方、実測値が閾値よりも大きい場合(ステップS4でYES)、第1のキャリーオーバー判定方法のときとは異なり、すぐにはキャリーオーバーが発生していると判定しない。ミスト除去部43の前後差圧が大きくなる要因としては、キャリーオーバーの発生以外も考えられるからである。
次に、第5のキャリーオーバー判定方法について説明する。第5のキャリーオーバー判定方法は、第1のキャリーオーバー判定方法と第3のキャリーオーバー判定方法を組み合わせたものである。ここでは重複する説明は省略する。図9は、第5のキャリーオーバー判定方法を含むEGRユニット30の制御方法を示したフローチャートである。以下で説明する演算及び制御は、演算制御装置90によって遂行される。まず、処理が開始されると、演算制御装置90は、第1のキャリーオーバー判定方法で行ったステップS1〜S3(EGRガスの情報取得、ミスト除去部の圧力損失を算出、及び閾値の設定)を行い、測定した前後差圧(実測値)が閾値よりも大きいか否かを判定する(ステップS4)。演算制御装置90は、実測値が閾値よりも小さい場合にはキャリーオーバーが発生していないと判定する(ステップS41)。
次に、第6のキャリーオーバー判定方法について説明する。図10は、第6のキャリーオーバー判定方法を含むEGRユニット30の制御方法を示したフローチャートである。以下で説明する演算及び制御は、演算制御装置90によって遂行される。まず、処理が開始されると、演算制御装置90は、EGRガスの情報を取得する(ステップS51)。具体的には、演算制御装置90は、ガス流量計49、第1圧力計47、第1温度計48、第4圧力計75、第4温度計76、及び第2液面計83の測定信号を読み込む。そして、これらの信号に基づいて、それぞれEGRガスの流量Qg[kg/min]、洗浄前のEGRガスの温度T1[℃]、洗浄前のEGRガスの圧力P1[kPa abs]、冷却後のEGRガスの圧力P4[kPa abs]、冷却後のEGRガスの温度T4[℃]、及び補給タンク80における液面の変位量の情報を取得する。
上記のように、本実施形態では、キャリーオーバーが発生していると判定された場合には、キャリーオーバーの回避が行われる。以下では、具体的なキャリーオーバーの回避方法について説明する。洗浄装置40がミスト除去部43を有している場合は、ミスト除去部43の処理能力を超える洗浄液ミストがミスト除去部43を通過しようとしたときにキャリーオーバーが発生する。そのため、ミスト除去部43を通過しようとする洗浄液ミストの量を減らせば、キャリーオーバーを回避することができる。そこで、第1のキャリーオーバー回避方法では、ミスト除去部43を通過するEGRガスの流量を減らすことで、ミスト除去部43を通過しようとする洗浄液ミストの量も減らしている。具体的には、演算制御装置90は、電動モータ61に制御信号を送信し、EGRブロワ60(ガス通過調整装置)の回転速度を小さくして、ミスト除去部43を通過するEGRガスの流量を減らす。本実施形態ではEGRブロワ60が容積式のブロワであり、回転速度とEGRガスの流量が比例関係にあるため、EGRガスの流量調整は比較的容易である。
第2のキャリーオーバー回避方法は、ミスト除去部43を通過するEGRガスの量を減らすのではなく、EGRガスに含まれる洗浄液ミストの量自体を減らす方法である。ミスト除去部43を通過するEGRガスの流量が同じであったとしても、EGRガスに含まれる洗浄液ミストの量を減らせば、ミスト除去部43を通過しようとする洗浄液ミストの量を減らすことができる。具体的には、EGRガスが接する洗浄液の量(接液量)を減らし、これによりEGRガスに含まれる洗浄液ミストの量を減少させる。本実施形態では、演算制御装置90が洗浄液ポンプ42に制御信号を送信し、洗浄液ポンプ42の回転速度を低減させることで接液量を減らすことができる。なお、洗浄装置40が溜水式である場合には、容器に溜めた洗浄液の水位を低下させれば、接液量を減らすことができる。なお、第2のキャリーオーバー回避方法は、第1のキャリーオーバー回避方法と同時に行ってもよい。
第3のキャリーオーバー回避方法は、第1のキャリーオーバー回避方法と同じように、ミスト除去部43を通過するEGRガスの流量を減らす方法である。ただし、第3のキャリーオーバー回避方法は、EGRユニット30が図11のように構成された場合に行われる。図11は、本実施形態の第1変形例に係るエンジンシステム101のブロック図である。図11に示すEGRユニット30では、EGRブロワ60としてターボ式のブロワを用いており、洗浄装置40の入口側(上流側)とEGRブロワ60の出口側(下流側)に開閉バルブ31、32が設けられている。これらの開閉バルブ31、32は、演算制御装置90によって開度が設定される。このように、EGRブロワ60としてターボ式のブロワを用いた場合、演算制御装置90はキャリーオーバーが発生したと判定すると、EGRブロワ60の回転速度だけでなく、開閉バルブ31、32の開度を調整することで、ミスト除去部43を通過するEGRガスの流量を低減させる。これにより、キャリーオーバーを回避することができる。
第4のキャリーオーバー回避方法は、EGRユニット30を図12に示すように構成して行う。図12は、本実施形態の第2変形例に係るエンジンシステム102のブロック図である。図12に示すEGRユニット30は、洗浄装置40の入口側と出口側をつなぐバイパス配管64と、このバイパス配管64に設けられたバイパスバルブ65とを有している。バイパスバルブ65は、演算制御装置90によって開度が設定される。第4のキャリーオーバー回避方法では、演算制御装置90がキャリーオーバーが発生したと判断すると、上記のバイパスバルブ65を開く。これにより、EGRガスの一部が洗浄装置40を迂回してEGRブロワ60の入口側に搬送される。そのため、ミスト除去部43を通過するEGRガスの流量が減り、かつ、EGRガス全体での接液量も減るため、ミスト除去部43を通過しようとする洗浄液ミストの量は減少する。その結果、キャリーオーバーを回避することができる。なお、第4のキャリーオーバー回避方法によれば、ミスト除去部43を通過するEGRガスの流量が減少するが、エンジン10に供給するEGRガスの流量を維持することができる。
第5のキャリーオーバー回避方法は、EGRユニット30を図13に示すように構成して行う。図13は、本実施形態の第3変形例に係るエンジンシステム103のブロック図である。図13に示すEGRユニット30は、冷却器70の出口側とEGRブロワ60の入口側をつなぐ循環配管66と、この循環配管66に設けられた循環バルブ67とを有している。循環バルブ67は、演算制御装置90によって開度が設定される。第5のキャリーオーバー回避方法では、演算制御装置90がキャリーオーバーが発生したと判断すると、上記の循環バルブ67を開く。これにより、冷却器70から排出されたEGRガスの一部がEGRブロワ60の入口側に搬送される。そのため、EGRブロワ60の回転数を小さくするのと同じような効果が得られ、ミスト除去部43を通過するEGRガスの流量が減る。その結果、キャリーオーバーを回避することができる。なお、図13では、EGRブロワ60の下流側に冷却器70が配置されているが、冷却器70の下流にEGRブロワ60を配置してもよい。
第6のキャリーオーバー回避方法は、EGRユニット30を図14に示すように構成して行う。図14は、本実施形態の第4変形例に係るエンジンシステム104のブロック図である。図14に示すEGRユニット30は、洗浄装置40の入口側とEGRブロワ60の出口側をつなぐ循環配管68と、この循環配管68に設けられた循環バルブ69とを有している。循環バルブ69は、演算制御装置90によって開度が設定される。第6のキャリーオーバー回避方法では、演算制御装置90がキャリーオーバーが発生したと判定するすると、上記の循環バルブ69を開く。これにより、EGRブロワ60から排出されたEGRガスの一部が洗浄装置40の入口側へ戻ることから、冷却器70へ流れるEGRガスの流量を減少させることができる。その結果、冷却器70及びエンジン10へ搬送される洗浄液ミストの量を減少させることができ、キャリーオーバーを回避又は軽減することができる。
30 EGRユニット
40 洗浄装置
43 ミスト除去部
44 清掃装置
70 冷却器
80 補給タンク(溜液部)
100、101、102、103、104 エンジンシステム
Claims (16)
- 洗浄液を用いてEGRガスを洗浄した後に、ミスト除去部によってEGRガスに含まれた洗浄液を捕集する洗浄装置と、
前記ミスト除去部の上流側と下流側の差圧を取得し、当該差圧が閾値を超えたときにキャリーオーバーが発生していると判定する演算制御装置と、を備えた舶用エンジンシステムのEGRユニット。 - 前記閾値はエンジン負荷及びEGR率、又はエンジン負荷及び排気ガスの循環率に基づいて設定される、請求項1に記載のEGRユニット。
- 洗浄液を用いてEGRガスを洗浄する洗浄装置と、
前記洗浄装置における洗浄液の消費量が、前記洗浄装置における洗浄液の蒸発量よりも大きいときにキャリーオーバーが発生していると判定する演算制御装置と、を備えた舶用エンジンシステムのEGRユニット。 - 前記蒸発量は、洗浄前のEGRガスに含まれる水蒸気量と洗浄後のEGRガスに含まれる水蒸気量の差に基づいて算出される、請求項3に記載のEGRユニット。
- 洗浄液を用いてEGRガスを洗浄する洗浄装置と、
前記洗浄装置の下流側に配置され、EGRガスを冷却する冷却器と、
前記冷却器からのドレン量が、EGRガスを前記冷却器で冷却することで発生する凝縮水の量よりも所定量大きいときにキャリーオーバーが発生していると判定する演算制御装置と、を備えた舶用エンジンシステムのEGRユニット。 - 洗浄液を用いてEGRガスを洗浄する洗浄装置と、
前記洗浄装置の下流側に配置され、EGRガスを冷却する冷却器と、
前記冷却器で発生又は捕獲した液体を洗浄液として使用するために溜めておく溜液部と、
EGRガスが前記洗浄装置及び前記冷却器を通過する際に減少した当該EGRガスの水分量に比べて、前記溜液部に溜められた洗浄液の増加量が少ないときにキャリーオーバーが発生していると判定する演算制御装置と、を備えた舶用エンジンシステムのEGRユニット。 - 前記演算制御装置は、キャリーオーバーが発生していると判定したとき、前記洗浄装置を通過するEGRガスの流量を減少させる、請求項1乃至6のうちいずれか一の項に記載のEGRユニット。
- 前記演算制御装置は、キャリーオーバーが発生していると判定したとき、洗浄時にEGRガスが接する洗浄液の量を減少させる、請求項1乃至6のうちいずれか一の項に記載のEGRユニット。
- 前記演算制御装置は、キャリーオーバーが発生していると判定したとき、EGRユニットから排出されるEGRガスの流量を減少させる、請求項1乃至6のうちいずれか一の項に記載のEGRユニット。
- 洗浄液を用いてEGRガスを洗浄する洗浄装置と、
演算制御装置と、を備え、
前記洗浄装置は、EGRガスに含まれた洗浄液を捕集するミスト除去部と、該ミスト除去部を清掃するよう作動する清掃装置と、を有し、
前記演算制御装置は、前記ミスト除去部の上流側と下流側の差圧が所定の閾値を超え、かつ、前記洗浄装置における洗浄液の消費量が前記洗浄装置における洗浄液の蒸発量よりも大きくないとき、前記ミスト除去部を清掃するよう前記清掃装置を作動させる、舶用エンジンシステムのEGRユニット。 - 洗浄液を用いてEGRガスを洗浄する洗浄装置と、
前記洗浄装置の下流側に配置され、EGRガスを冷却する冷却器と、
演算制御装置と、を備え、
前記洗浄装置は、EGRガスに含まれた洗浄液を捕集するミスト除去部と、該ミスト除去部を清掃するよう作動する清掃装置と、を有し、
前記演算制御装置は、前記ミスト除去部の上流側と下流側の差圧が所定の閾値を超え、かつ、前記冷却器から排出されるドレン量がEGRガスを前記冷却器で冷却することで発生する凝縮水の量よりも所定量大きくないとき、前記ミスト除去部を清掃するよう前記清掃装置を作動させる、舶用エンジンシステムのEGRユニット。 - 洗浄液を用いてEGRガスを洗浄した後に、ミスト除去部によってEGRガスに含まれた洗浄液を捕集する洗浄装置と、
前記ミスト除去部の上流側と下流側の差圧を取得し、当該差圧が閾値を超えたときに所定の処理を行う演算制御装置と、を備えた舶用エンジンシステムのEGRユニット。 - 洗浄液を用いてEGRガスを洗浄する洗浄装置と、
前記洗浄装置における洗浄液の消費量が、前記洗浄装置における洗浄液の蒸発量よりも大きいときに所定の処理を行う演算制御装置と、を備えた舶用エンジンシステムのEGRユニット。 - 洗浄液を用いてEGRガスを洗浄する洗浄装置と、
前記洗浄装置の下流側に配置され、EGRガスを冷却する冷却器と、
前記冷却器からのドレン量が、EGRガスを前記冷却器で冷却することで発生する凝縮水の量よりも所定量大きいときに所定の処理を行う演算制御装置と、を備えた舶用エンジンシステムのEGRユニット。 - 洗浄液を用いてEGRガスを洗浄する洗浄装置と、
前記洗浄装置の下流側に配置され、EGRガスを冷却する冷却器と、
前記冷却器で発生又は捕獲した液体を洗浄液として使用するために溜めておく溜液部と、
EGRガスが前記洗浄装置及び前記冷却器を通過する際に減少した当該EGRガスの水分量に比べて、前記溜液部に溜められた洗浄液の増加量が少ないときに所定処理を行う演算制御装置と、を備えた舶用エンジンシステムのEGRユニット。 - 請求項1乃至15のうちいずれか一の項に記載のEGRユニットを備えた舶用エンジンシステム。
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