JP2017172337A

JP2017172337A - Ｅｇｒシステム

Info

Publication number: JP2017172337A
Application number: JP2016055721A
Authority: JP
Inventors: 中川　貴裕; Takahiro Nakagawa; 貴裕中川; 平岡　直大; Naohiro Hiraoka; 直大平岡; 和久伊藤; Kazuhisa Ito; 哲司上田; Tetsuji Ueda
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2017-09-28
Anticipated expiration: 2036-03-18
Also published as: JP6109988B1; CN108779743B; CN108779743A; KR20180063893A; KR102013087B1; WO2017159140A1

Abstract

【課題】エンジンを安定して運転させることができるＥＧＲシステムを提供する。【解決手段】エンジンから排出された排ガスの一部を燃焼用気体としてエンジンに再循環する排ガス再循環ラインと、排ガス再循環ラインに設けられるＥＧＲブロワと、排ガス再循環ラインを介してエンジンに供給する排ガスと空気を混合した燃焼用気体の流量を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、ＥＧＲブロワの運転開始時に、エンジンの負荷に基づいて、ＥＧＲブロワの第１目標値を算出し、第１目標値と予め設定された設定時間とに基づいてＥＧＲブロワの周波数の上昇速度を決定し、設定時間の間、上昇速度で、ＥＧＲブロワの周波数を上昇させる。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの排ガスをエンジンに供給するＥＧＲシステムに関するものである。

エンジンからの排出される排ガス中のＮＯｘを低減するものとしては、排ガス再循環（ＥＧＲ）システムがある。このＥＧＲシステムは、内燃機関の燃焼室から排出された排ガスの一部を、燃焼用気体として、燃焼室に戻すものである（例えば、特許文献１）。そのため、燃焼用気体は、酸素濃度が低下し、燃料と酸素との反応である燃焼の速度を遅らせることで燃焼温度が低下し、ＮＯｘの発生量を減少させることができる。

特開２０１０−１７４６６１号公報

ＥＧＲシステムは、酸素濃度に基づいて供給する排ガス、つまりエンジンに再循環させる排ガスの量を調整することで目的の酸素濃度にすることができる。しかしながら、酸素濃度の変化には遅れがあるため、酸素濃度に基づいて、エンジンに供給する排ガスの量を制御すると、一時的に供給する排ガスの量が過剰になる場合がある。エンジンに供給する排ガスの量が過剰になるとエンジンでの燃焼が不安定になり、エンジンの運転が不安定になる。

本発明は上述した課題を解決するものであり、エンジンを安定して運転させることができるＥＧＲシステムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明は、ＥＧＲシステムであって、エンジンから排出された排ガスの一部を燃焼用気体として前記エンジンに再循環する排ガス再循環ラインと、前記排ガス再循環ラインに設けられるＥＧＲブロワと、前記排ガス再循環ラインを介して前記エンジンに供給する前記排ガスの流量を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記ＥＧＲブロワの運転開始時に、前記エンジンの負荷に基づいて、前記ＥＧＲブロワの第１目標値を算出し、前記第１目標値と予め設定された設定時間とに基づいて前記ＥＧＲブロワの周波数の上昇速度を決定し、前記設定時間の間、前記上昇速度で、前記ＥＧＲブロワの周波数を上昇させることを特徴とする。

ＥＧＲシステムは、起動時のＥＧＲブロワの周波数の上昇速度を制限することで、起動時にエンジンに排ガスが過剰に供給されることを抑制することができる。これにより、エンジンを安定して運転させることができる。

前記エンジンに供給される前記燃焼用気体の酸素濃度を計測する酸素濃度検出部を備え、前記制御装置は、前記設定時間の経過後は、前記エンジンの負荷と酸素濃度の目標値との関係とに基づいて前記酸素濃度の目標値を算出し、算出した前記酸素濃度の目標値と前記酸素濃度検出部の計測結果との関係と現在のＥＧＲブロワの周波数とに基づいて、前記ＥＧＲブロワの周波数を算出することが好ましい。ＥＧＲシステムは、設定時間経過後に、酸素濃度に基づいてＥＧＲブロワの周波数を算出する制御を開始することで、エンジンに供給する混合気の濃度を適切な濃度とすることができ、窒素酸化物の発生を抑制することができる。また、酸素濃度に基づいたＥＧＲブロワの周波数の制御を設定時間経過後とすることで、現状の酸素濃度と目標の酸素濃度との差を小さくすることができ、制御により、供給する排ガスの量が過剰となることを抑制できる。

前記エンジンに供給される前記燃焼用気体の酸素濃度を計測する酸素濃度検出部を備え、前記制御装置は、前記ＥＧＲブロワの周波数が前記第１目標値に到達した後は、前記エンジンの負荷と前記酸素濃度の目標値との関係とに基づいて前記酸素濃度の目標値を算出し、算出した前記酸素濃度の目標値と前記酸素濃度検出部の計測結果との関係と現在のＥＧＲブロワの周波数とに基づいて、前記ＥＧＲブロワの周波数を算出することが好ましい。ＥＧＲシステムは、ＥＧＲブロワの周波数が第１目標値に到達した後に、酸素濃度に基づいてＥＧＲブロワの周波数を算出する制御を開始することで、エンジンに供給する混合気の濃度を適切な濃度とすることができ、窒素酸化物の発生を抑制することができる。また、酸素濃度に基づいたＥＧＲブロワの周波数の制御を第１目標値への到達後とすることで、現状の酸素濃度と目標の酸素濃度との差を小さくすることができ、制御により、供給する排ガスの量が過剰となることを抑制できる。

また、前記第１目標値は、酸素濃度に基づいた前記ＥＧＲブロワの周波数制御により酸素濃度目標値に到達した際の周波数以下の値であることが好ましい。第１目標値を上記範囲とすることで、排ガスの供給が過剰となることを抑制しつつ、ＥＧＲブロワから供給する排ガスの量が最終目標の量に到達する時間を短くすることができる。

本発明によれば、起動時のＥＧＲブロワの周波数の上昇速度を制限することで、起動時にエンジンに排ガスが過剰に供給されることを抑制することができる。これにより、エンジンを安定して運転させることができる。

図１は、本実施形態のＥＧＲシステムを備えたディーゼルエンジンを表す概略図である。図２は、本実施形態のＥＧＲシステムを表す概略構成図である。図３は、ＥＧＲ制御装置の概略構成を示すブロック図である。図４は、エンジンの出力とＥＧＲブロワ周波数との制御値の関係を示すグラフである。図５は、ＥＧＲブロワの運転制御の一例を示すフローチャートである。図６は、ＥＧＲ制御部による処理を説明するための説明図である。図７は、ＥＧＲブロワの運転制御の他の例を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、ＥＧＲシステムを備えたディーゼルエンジンを表す概略図、図２は、ＥＧＲシステムを表す概略構成図である。

図１に示すように、本実施形態の舶用ディーゼルエンジン１０は、エンジン本体（エンジン）１１と、過給機１２と、ＥＧＲシステム１３を備えている。

図２に示すように、エンジン本体１１は、図示しないが、プロペラ軸を介して推進用プロペラを駆動回転させる推進用の機関（主機関）である。このエンジン本体１１は、ユニフロー掃排気式のディーゼルエンジンであって、２ストロークディーゼルエンジンであり、シリンダ内の吸排気の流れを下方から上方への一方向とし、排気の残留を無くすようにしたものである。エンジン本体１１は、ピストンが上下移動する複数のシリンダ（燃焼室）２１と、各シリンダ２１に連通する掃気トランク２２と、各シリンダ２１に連通する排気マニホールド２３とを備えている。そして、各シリンダ２１と掃気トランク２２との間に掃気ポート２４が設けられ、各シリンダ２１と排気マニホールド２３との間に排気流路２５が設けられている。そして、エンジン本体１１は、掃気トランク２２に給気ラインＧ１が連結され、排気マニホールド２３に排気ラインＧ２が連結されている。

エンジン本体１１には、回転数検出部６２と、燃料投入量検出部６４とが配置されている。回転数検出部６２は、エンジン本体１１の回転数（プロペラ軸と接続された回転軸の回転数）を検出する。回転数検出部６２は、エンジン本体１１に挿入された回転軸の回転数を検出してもよいが、プロペラ軸の回転数を検出してもよい。燃料投入量検出部６４は、エンジン本体１１の燃料投入量を検出する。

エンジン制御装置２６は、エンジン本体１１の運転を制御する。エンジン制御装置２６は、要求負荷等の各種入力条件及び回転数検出部６２と燃料投入量検出部６４等の各種センサで検出した結果とに基づいて、エンジン本体１１の運転を制御する。エンジン制御装置２６は、シリンダへの燃料の噴射タイミングや、噴射量を制御して、エンジン本体１１の燃料投入量や回転数を制御する。エンジン制御装置２６は、燃料投入量や回転数を制御することで、エンジン本体１１の出力を制御する。

過給機１２は、コンプレッサ３１とタービン３２とが回転軸３３により一体に回転するように連結されて構成されている。この過給機１２は、エンジン本体１１の排気ラインＧ２から排出された排ガスによりタービン３２が回転し、タービン３２の回転が回転軸３３により伝達されてコンプレッサ３１が回転し、このコンプレッサ３１が空気及び／または再循環ガスを圧縮して給気ラインＧ１からエンジン本体１１に供給する。コンプレッサ３１は外部（大気）から空気を吸入する吸入ラインＧ６に接続されている。

過給機１２は、タービン３２を回転した排ガスを排出する排気ラインＧ３が連結されており、この排気ラインＧ３は、図示しない煙突（ファンネル）に連結されている。また、排気ラインＧ３から給気ラインＧ１までの間にＥＧＲシステム１３が設けられている。

ＥＧＲシステム１３は、排ガス再循環ラインＧ４、Ｇ５、Ｇ７と、スクラバ４２と、デミスタユニット１４と、ＥＧＲブロワ（送風機）４７と、ＥＧＲ制御装置６０と、を備えている。このＥＧＲシステム１３は、舶用ディーゼルエンジン１０から排出された排ガスの一部である再循環ガスを空気と混合した後、過給機１２により圧縮して燃焼用気体として舶用ディーゼルエンジン１０に再循環させることで、燃焼によるＮＯｘの生成を抑制するものである。なお、ここでは、タービン３２の下流側から排ガスの一部を抽気したが、タービン３２の上流側から排ガスの一部を抽気してもよい。

なお、以下の説明にて、排ガスとは、エンジン本体１１から排気ラインＧ２に排出された後、排気ラインＧ３から外部に排出されるものであり、再循環ガスとは、排気ラインＧ３から分離された一部の排ガスが排ガス再循環ラインＧ４、Ｇ５、Ｇ７によりエンジン本体１１に戻されるものである。

排ガス再循環ラインＧ４は、一端が排気ラインＧ３の中途部に接続されている。排ガス再循環ラインＧ４は、ＥＧＲ入口バルブ（開閉弁）４１Ａが設けられており、他端がスクラバ４２に接続されている。ＥＧＲ入口バルブ４１Ａは、排ガス再循環ラインＧ４を開閉することで、排気ラインＧ３から排ガス再循環ラインＧ４に分流する排ガスの流入をＯＮ／ＯＦＦする。なお、ＥＧＲ入口バルブ４１Ａを流量調整弁とし、排ガス再循環ラインＧ４を通過する排ガスの流量を調整するようにしてもよい。

スクラバ４２は、ベンチュリ式のスクラバであり、中空形状をなすスロート部４３と、再循環ガスが導入されるベンチュリ部４４と、元の流速に段階的に戻す拡大部４５とを備えている。スクラバ４２は、ベンチュリ部４４に導入された再循環ガスに対して水を噴射する水噴射部４６を備えている。スクラバ４２は、ＳＯｘや煤塵などの微粒子（ＰＭ）といった有害物質が除去された再循環ガス及び有害物質を含む排水を排出する排ガス再循環ラインＧ５が連結されている。なお、本実施形態では、スクラバとしてベンチュリ式を採用しているが、この構成に限定されるものではない。

排ガス再循環ラインＧ５は、デミスタユニット１４とＥＧＲブロワ４７が設けられている。

デミスタユニット１４は、水噴射により有害物質が除去された再循環ガスとミスト（排水）を分離するものである。デミスタユニット１４は、排水をスクラバ４２の水噴射部４６に循環する排水循環ラインＷ１が設けられている。そして、この排水循環ラインＷ１は、排水を一時的に貯留するホールドタンク４９とポンプ５０が設けられている。

ＥＧＲブロワ４７は、スクラバ４２内の再循環ガスを排ガス再循環ラインＧ５からデミスタユニット１４に導くものである。ＥＧＲブロワ４７は、デミスタユニット４７を通過した排ガスをコンプレッサ３１に送る。

排ガス再循環ラインＧ７は、一端がＥＧＲブロワ４７に接続されると共に、他端が混合器（図示略）を介してコンプレッサ３１に接続されており、ＥＧＲブロワ４７により再循環ガスがコンプレッサ３１に送られる。排ガス再循環ラインＧ７は、ＥＧＲ出口バルブ（開閉弁または流量調整弁）４１Ｂが設けられている。吸入ラインＧ６からの空気と、排ガス再循環ラインＧ７からの再循環ガスは、混合器で混合されることで燃焼用気体が生成される。なお、この混合器は、サイレンサと別に設けられてもよいし、混合器を別途設けることなく、再循環ガスと空気を混合する機能を付加するようにサイレンサを構成してもよい。そして、過給機１２は、コンプレッサ３１が圧縮した燃焼用気体を給気ラインＧ１からエンジン本体１１に供給可能であり、給気ラインＧ１にエアクーラ（冷却器）４８が設けられている。このエアクーラ４８は、コンプレッサ３１により圧縮されて高温となった燃焼用気体と冷却水とを熱交換することで、燃焼用気体を冷却するものである。また、ＥＧＲシステム１３は、給気ラインＧ１に酸素濃度検出部６６が配置されている。本実施形態の酸素濃度検出部６６は、エアクーラ４８よりもエンジン本体１１側に配置されている。酸素濃度検出部６６は、エンジン本体１１に供給される空気の酸素濃度、つまりＥＧＲシステム１３が稼働している場合は、再循環ガスと空気を混合した燃焼用気体の酸素濃度を検出する。

ＥＧＲ制御装置６０は、ＥＧＲシステム１３の各部の動作を制御する。以下、図３を用いて、ＥＧＲ制御装置６０について説明する。図３は、ＥＧＲ制御装置の概略構成を示すブロック図である。

ＥＧＲ制御装置６０は、回転数取得部７２と、燃料投入量取得部７４と、酸素濃度取得部７６と、ＥＧＲ制御部７８と、を有する。回転数取得部７２は、回転数検出部６２からエンジン本体１１の回転数の情報を取得する。燃料投入量取得部７４は、燃料投入量検出部６４からエンジン本体１１の燃料投入量の情報を取得する。酸素濃度取得部７６は、酸素濃度検出部６６からエンジン本体１１に供給される燃焼用気体の酸素濃度の情報を取得する。回転数取得部７２と、燃料投入量取得部７４と、酸素濃度取得部７６と、は、取得した情報をＥＧＲ制御部７８に送る。

ＥＧＲ制御部７８は、回転数取得部７２と、燃料投入量取得部７４と、酸素濃度取得部７６とで取得した、エンジン本体１１の回転数と燃料投入量と、エンジン本体１１に供給される空気の酸素濃度とに基づいて、ＥＧＲブロワ４７の運転状態、具体的にはコンプレッサを回転させるモータの周波数を制御して、ＥＧＲシステム１３からエンジン本体１１に供給する再循環ガスの量を制御する。

ＥＧＲ制御部７８は、運転制御部９０と、起動制御部９２と、を有する。運転制御部９０は、ＥＧＲシステム１３の起動時以外の処理を実行する。起動制御部９２は、ＥＧＲシステム１３の起動時の処理を実行する。つまり、運転制御部９０が制御を実行している間、起動制御部９２は制御を実行しない。起動制御部９２が制御を実行している間、運転制御部９０は制御を実行しない。

運転制御部９０は、エンジン本体１１の負荷と酸素濃度の目標値との関係を記憶しており、負荷に応じて酸素濃度の目標値を算出する。運転制御部９０は、エンジン本体１１の回転数と燃料投入量とに基づいて、エンジン本体１１の負荷（出力）を算出する。運転制御部９０は、エンジンの負荷と酸素濃度の目標値との関係とに基づいて酸素濃度の目標値を算出し、算出した酸素濃度の目標値と取得した酸素濃度との関係と現在のＥＧＲブロワ４７の周波数とに基づいて、ＥＧＲブロワの周波数（運転周波数）を算出する。運転制御部９０は、算出したＥＧＲブロワ４７の周波数でＥＧＲブロワ４７を回転させる。運転制御部９０は、算出したＥＧＲブロワ４７の周波数が、設定したリミット値を超える場合、リミット値の周波数でＥＧＲブロワ４７を回転させる。なお、リミット値は、エンジン本体１１の負荷（出力）、エンジン本体１１の回転数及びエンジン本体１１の燃料投入量の少なくとも１つに基づいて変動する値としてもよいし、一定の値としてもよい。本実施形態の運転制御部９０は、ＥＧＲブロワ４７のモータの周波数を制御するとしたが、モータの回転数を制御し、コンプレッサの回転数を制御してもよい。この点は、起動制御部９２も同様である。

起動制御部９２は、上述したように、ＥＧＲシステム１３の起動時にＥＧＲブロワ４７の運転を制御する。起動制御部９２は、図４に示すエンジンの出力とＥＧＲブロワ周波数の第１目標値との関係を記憶している。図４は、エンジンの出力とＥＧＲブロワ周波数との制御値の関係を示すグラフである。図４に示す第１目標値と最終目標値は、エンジン（エンジン本体１１）の出力（負荷、算出馬力）に対して設定されたＥＧＲブロワの周波数の値である。最終目標値は、理想の運転状態または陸上試験において、酸素濃度制御で補正した状態で、各出力で運転されたＥＧＲブロワの周波数である。つまり、各出力で目標の酸素濃度の空気を供給することができるＥＧＲブロワの周波数である。第１目標値は、最終目標値よりも低いＥＧＲブロワ４７の回転数である。

起動制御部９２は、ＥＧＲブロワ４７の運転開始時に、エンジンの出力と図４に示す関係に基づいて、現在の出力に対応する第１目標値を決定し、第１目標値と予め設定された設定時間とに基づいてＥＧＲブロワの周波数の上昇速度を決定し、設定時間の間、上昇速度で、ＥＧＲブロワの周波数を上昇させる。

なお、上記実施形態ではＥＧＲ制御部７８の運転制御部９０と起動制御部９２がＥＧＲブロワ４７を制御する場合について説明したが、ＥＧＲブロワ４７以外の各部、例えば、ＥＧＲ入口バルブ４１Ａ、ＥＧＲ出口バルブ４１Ｂの開閉や、スクラバ４２の運転、エアクーラ４８の運転も制御する。

以下、本実施形態のＥＧＲシステムの作用を説明する。

図２に示すように、エンジン本体１１は、掃気トランク２２からシリンダ２１内に燃焼用気体が供給されると、ピストンによってこの燃焼用気体が圧縮され、この高温の燃焼用気体に対して燃料が噴射することで自然着火し、燃焼する。そして、発生した燃焼ガスは、排ガスとして排気マニホールド２３から排気ラインＧ２に排出される。エンジン本体１１から排出された排ガスは、過給機１２におけるタービン３２を回転した後、排気ラインＧ３に排出され、ＥＧＲ入口バルブ４１Ａ及びＥＧＲ出口バルブ４１Ｂが閉止しているときは、全量が排気ラインＧ３から外部に排出される。

一方、ＥＧＲ入口バルブ４１Ａ及びＥＧＲ出口バルブ４１Ｂが開放しているとき、排ガスは、その一部が再循環ガスとして排気ラインＧ３から排ガス再循環ラインＧ４に流れる。排ガス再循環ラインＧ４に流れた再循環ガスは、スクラバ４２により、有害物質が除去される。即ち、スクラバ４２は、排ガスがベンチュリ部４４を高速で通過するとき、水噴射部４６から水を噴射することで、この水により再循環ガスを冷却すると共に、有害物質を水と共に落下させて除去する。そして、有害物質を含む排水は、ＥＧＲガスと共にデミスタユニット１４に流入する。

スクラバ４２により有害物質が除去された再循環ガスは、排ガス再循環ラインＧ５に排出され、デミスタユニット１４によりミスト（排水）が分離された後、排ガス再循環ラインＧ７により過給機１２に送られる。そして、この再循環ガスは、吸入ラインＧ６から吸入された空気と混合されて燃焼用気体となり、過給機１２のコンプレッサ３１で圧縮された後、エアクーラ４８で冷却され、給気ラインＧ１からエンジン本体１１に供給される。

次に、図５及び図６を用いて、ＥＧＲ制御装置６０によるＥＧＲブロワ４７の制御の一例を説明する。図５は、ＥＧＲブロワの運転制御の一例を示すフローチャートである。図６は、ＥＧＲ制御部による処理を説明するための説明図である。図５及び図６は、ＥＧＲシステム１３の起動時に起動制御部９２で実行する制御と、起動制御部９２で処理が完了した後、運転制御部９０で開始する処理の一例を示している。図５に示す処理は、ＥＧＲ制御装置６０が各部の動作を制御することで実現することができる。

ＥＧＲ制御装置６０は、ＥＧＲの運転開始を決定したら（ステップＳ１２）、エンジンの出力を算出する（ステップＳ１４）。具体的には、回転数取得部７２で回転数を取得し、燃料投入量取得部７４で燃料投入量を取得し、回転数と燃料投入量に基づいて出力（負荷、算出馬力）を算出する。なお、出力の値は、エンジン制御装置２６から取得してもよい。

ＥＧＲ制御装置６０は、エンジン本体１１の出力に基づいて、ＥＧＲブロワ４７の周波数の第１目標値を決定する（ステップＳ１６）。第１目標値は、エンジン本体１１の出力と図４に示す関係とを用い、エンジン本体１１の出力に対応する第１目標値を算出し、算出した第１目標値を適用する第１目標値とする。

ＥＧＲ制御装置６０は、第１目標値を決定したら、第１目標値と設定時間に基づいて、周波数の上昇速度を決定する（ステップＳ１８）。周波数の上昇速度は、単位時間あたりに変化（上昇）する周波数である。ここで、設定時間は、予め設定した時間である。設定時間は、任意の時間とすることができるが、数分、例えば、１分以上１０分以下とすることが好ましい。設定時間を上記範囲とすることで、起動処理が長くなることを抑制しつつ、ＥＧＲブロワ４７で供給する排ガスの量が急激に変化し、酸素濃度が急激に変化することを抑制できる。

ＥＧＲ制御装置６０は、周波数の上昇速度を決定したら、周波数の上昇速度に基づいて、設定時間の間、ＥＧＲブロワ４７の周波数を上昇させる（ステップＳ２０）。これにより、図６に示すように時刻ｔ_１でＥＧＲブロワ４７の運転を開始し周波数の上昇を開始すすると、一定の上昇速度で設定時間、つまり時刻ｔ_１から時刻ｔ_２の間、ブロワ周波数（ＥＧＲブロワ４７の周波数）が上昇する。ブロワ周波数が上昇すると、エンジン本体１１に供給される酸素濃度（Ｏ_２濃度）が低下する。これにより、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２の間、供給される再循環ガスの量が増加するため、時刻ｔ_１の現在Ｏ_２から酸素濃度が徐々に低下する。

ＥＧＲ制御装置６０は、設定時間が経過すると、酸素濃度に基づいたブロワの制御を開始する（ステップＳ２２）。つまり、起動制御部９２での制御を終了し、運転制御部９０による制御を開始する。これにより、時刻ｔ_２の後は、運転制御部９０が、エンジンの出力に基づいて算出した目標Ｏ_２に酸素濃度が近づくように、ＥＧＲブロワ４７の周波数を制御する。具体的には、時刻ｔ_２では、最終目標値よりも低い第１目標値でＥＧＲブロワ４７が運転されているため、酸素濃度が目標Ｏ_２よりも高い値となっている。運転制御部９０は、目標Ｏ_２に酸素濃度が近づくように、ＥＧＲブロワ４７の周波数を上昇させ、酸素濃度が目標Ｏ_２に近くなる、最終周波数推定値ｆ_２に近い値でＥＧＲブロワ４７を運転する。

ＥＧＲ制御装置６０は、起動制御部９２で、起動時のＥＧＲブロワ４７の上昇速度を制限し、一定速度とすることで、酸素濃度が急激に変化し、酸素濃度が目標Ｏ_２よりも低くなることを抑制することができる。つまり、起動時から運転制御部９０で制御を行い、酸素濃度に基づいて、ＥＧＲブロワ４７の周波数を例えばフィードバックで制御すると、目標Ｏ_２と現在Ｏ_２との差が大きいため、酸素濃度がオーバーシュートし、酸素濃度が低くなる。つまり、再循環ガスの供給が過剰となり、エンジン本体１１での燃焼状態が悪化する。また、酸素濃度のオーバーシュートが生じたのち、酸素濃度のハンチングが生じ、ＥＧＲブロワ４７の回転数の変動が大きくなる恐れがある。また、酸素濃度がオーバーシュートしない制御条件とすると、酸素濃度が目標Ｏ_２となるまでにかかる時間が長くなり、窒素酸化物を低減できる運転条件に到達するまでの時間が長くなる。これに対して、第１目標値まで決定した上昇速度で変化させるため、酸素濃度の状態によらずＥＧＲブロワ４７の周波数を最終目標値に近い周波数まで上昇させることができる。これにより、オーバーシュートの発生を抑制することができ、供給する再循環ガスの量が過剰となることを抑制できる。以上より、ＥＧＲ制御装置６０は、起動時のＥＧＲブロワ４７の周波数の上昇速度を制限することで、起動時にエンジンに再循環ガスが過剰に供給されることを抑制することができる。これにより、エンジンを安定して運転させることができる。

また、ＥＧＲ制御装置６０は、設定時間経過後に、酸素濃度に基づいてＥＧＲブロワの周波数を算出する制御を開始することで、エンジンに供給する混合気の濃度を適切な濃度とすることができ、窒素酸化物の発生を抑制することができる。また、酸素濃度に基づいたＥＧＲブロワの周波数の制御を設定時間経過後とすることで、現状の酸素濃度と目標の酸素濃度との差を小さくすることができ、制御により、供給する再循環ガスの量が過剰となることを抑制できる。

また、第１目標値は、酸素濃度に基づいたＥＧＲブロワ４７の周波数制御により酸素濃度目標値に到達した際の周波数（ＥＧＲブロワ４７の最終目標値）以下の値であることが好ましい。第１目標値を上記周波数以下の値とすることで、再循環ガスの供給が過剰となることを抑制することができる。

ここで、上記実施形態では、設定時間経過後に運転制御部９０を用いた酸素濃度による制御を開始したが、これに限定されない。図７を用いて、運転制御の他の例を説明する。図７は、ＥＧＲブロワの運転制御の他の例を示すフローチャートである。図７の示す処理のうち、図５に示す処理と同様の処理は、同一のステップの番号を付し、詳細な説明を省略する。

ＥＧＲ制御装置６０は、ＥＧＲの運転開始を決定したら（ステップＳ１２）、エンジンの出力を算出する（ステップＳ１４）。ＥＧＲ制御装置６０は、エンジン本体１１の出力に基づいて、第１目標値を決定する（ステップＳ１６）。ＥＧＲ制御装置６０は、第１目標値を決定したら、第１目標値と設定時間に基づいて、周波数の上昇速度を決定する（ステップＳ１８）。

ＥＧＲ制御装置６０は、周波数の上昇速度を決定したら、周波数の上昇速度に基づいて、ＥＧＲブロワ４７の周波数を上昇させる（ステップＳ３２）。ＥＧＲ制御装置６０は、ＥＧＲブロワ４７の周波数が第１目標値に到達したかを判定する（ステップＳ３４）。ＥＧＲ制御装置６０は、ＥＧＲブロワ４７の周波数が第１目標値に到達していない（ステップＳ３４でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ３２に戻る。ＥＧＲ制御装置６０は、ＥＧＲブロワ４７の周波数が第１目標値に到達するまで、ステップＳ３２の周波数の上昇速度に基づいて、ＥＧＲブロワ４７の周波数を上昇させる処理を実行する。

ＥＧＲ制御装置６０は、ＥＧＲブロワ４７の周波数が第１目標値に到達した（ステップＳ３４でＹｅｓ）と判定した場合、酸素濃度に基づいたブロワの制御を開始する（ステップＳ２２）。

このように、図７に示す処理では、ＥＧＲ制御部６０は、ＥＧＲブロワの周波数が第１目標値に到達した後に、酸素濃度に基づいてＥＧＲブロワの周波数を算出する制御を開始する。これにより、エンジンに供給する混合気の濃度を適切な濃度とすることができ、窒素酸化物の発生を抑制することができる。また、酸素濃度に基づいたＥＧＲブロワの周波数の制御を第１目標値への到達後とすることで、現状の酸素濃度と目標の酸素濃度との差を小さくすることができ、制御により、供給する再循環ガスの量が過剰となることを抑制できる。

また、上述した実施形態では、舶用ディーゼルエンジンとして、主機関を用いて説明したが、発電機として用いられるディーゼルエンジンにも適用することができる。

１０舶用ディーゼルエンジン
１１エンジン本体
１２過給機
１３ＥＧＲシステム
１４デミスタユニット
２６エンジン制御装置
４１ＡＥＧＲ入口バルブ
４１ＢＥＧＲ出口バルブ
４２スクラバ
４７ＥＧＲブロワ
４８エアクーラ（冷却器）
６０ＥＧＲ制御装置
６２回転数検出部
６４燃料投入量検出部
６６酸素濃度検出部
７２回転数取得部
７４燃料投入量取得部
７６酸素濃度取得部
７８ＥＧＲ制御部
９０運転制御部
９２起動制御部
Ｇ４，Ｇ５，Ｇ７排ガス再循環ライン
Ｇ６吸入ライン
Ｗ１排水循環ライン

Claims

エンジンから排出された排ガスの一部を燃焼用気体として前記エンジンに再循環する排ガス再循環ラインと、
前記排ガス再循環ラインに設けられるＥＧＲブロワと、
前記排ガス再循環ラインを介して前記エンジンに供給する前記排ガスの流量を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記ＥＧＲブロワの運転開始時に、前記エンジンの負荷に基づいて、前記ＥＧＲブロワの第１目標値を算出し、
前記第１目標値と予め設定された設定時間とに基づいて前記ＥＧＲブロワの周波数の上昇速度を決定し、前記設定時間の間、前記上昇速度で、前記ＥＧＲブロワの周波数を上昇させることを特徴とするＥＧＲシステム。
前記エンジンに供給される前記燃焼用気体の酸素濃度を計測する酸素濃度検出部を備え、
前記制御装置は、前記設定時間の経過後は、前記エンジンの負荷と酸素濃度の目標値との関係とに基づいて前記酸素濃度の目標値を算出し、算出した前記酸素濃度の目標値と前記酸素濃度検出部の計測結果との関係と現在のＥＧＲブロワの周波数とに基づいて、前記ＥＧＲブロワの周波数を算出することを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲシステム。
前記エンジンに供給される前記燃焼用気体の酸素濃度を計測する酸素濃度検出部を備え、
前記制御装置は、前記ＥＧＲブロワの周波数が前記第１目標値に到達した後は、前記エンジンの負荷と前記酸素濃度の目標値との関係とに基づいて前記酸素濃度の目標値を算出し、算出した前記酸素濃度の目標値と前記酸素濃度検出部の計測結果との関係と現在のＥＧＲブロワの周波数とに基づいて、前記ＥＧＲブロワの周波数を算出することを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲシステム。
前記第１目標値は、酸素濃度に基づいた前記ＥＧＲブロワの周波数制御により酸素濃度目標値に到達した際の周波数以下の値であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のＥＧＲシステム。