JP6633944B2 - エンジンシステム及び制御方法 - Google Patents

エンジンシステム及び制御方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6633944B2
JP6633944B2 JP2016043478A JP2016043478A JP6633944B2 JP 6633944 B2 JP6633944 B2 JP 6633944B2 JP 2016043478 A JP2016043478 A JP 2016043478A JP 2016043478 A JP2016043478 A JP 2016043478A JP 6633944 B2 JP6633944 B2 JP 6633944B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
egr gas
egr
scavenging
flow path
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016043478A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017160799A (ja
Inventor
隆道 細野
隆道 細野
中島　隆博
隆博 中島
正憲 東田
正憲 東田
郁美 大西
郁美 大西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kawasaki Motors Ltd
Original Assignee
Kawasaki Jukogyo KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Jukogyo KK filed Critical Kawasaki Jukogyo KK
Priority to JP2016043478A priority Critical patent/JP6633944B2/ja
Priority to CN201780008899.3A priority patent/CN108495993B/zh
Priority to PCT/JP2017/008224 priority patent/WO2017154716A1/ja
Priority to KR1020187028570A priority patent/KR102061733B1/ko
Publication of JP2017160799A publication Critical patent/JP2017160799A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6633944B2 publication Critical patent/JP6633944B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B25/00—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
    • F02B25/02—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders using unidirectional scavenging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/02—Other fluid-dynamic features of induction systems for improving quantity of charge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/0065—Specific aspects of external EGR control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D43/00—Conjoint electrical control of two or more functions, e.g. ignition, fuel-air mixture, recirculation, supercharging or exhaust-gas treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D45/00—Electrical control not provided for in groups F02D41/00 - F02D43/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/33—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage controlling the temperature of the recirculated gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/35—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with means for cleaning or treating the recirculated gases, e.g. catalysts, condensate traps, particle filters or heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/0065—Specific aspects of external EGR control
    • F02D2041/0067—Determining the EGR temperature
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

本発明はエンジンシステム及び制御方法に関する。
排気ガスをエンジンに再循環させる排気再循環（Exhaust Gas Recirculation；ＥＧＲ）技術は、ＮＯｘ排出低減効果が大きく、低環境負荷エンジンに広く適用されている。このＥＧＲは、舶用の大型ディーゼルエンジンにおいても有効である。ただし、重油を燃料とする舶用の大型ディーゼルエンジンは、排気ガスに多くのＳＯｘが含まれることから、排気ガスを再循環させる際には、その排気ガス（ＥＧＲガス）をスクラバによって洗浄するのが一般的である（特許文献１参照）。
特開２０１１−１５７９５９号公報
ＥＧＲガスの洗浄は洗浄液を用いて行われるため、スクラバを通過したＥＧＲガスは飽和状態となる。そのため、ＥＧＲガスが新気と合流して接触すると温度が低下して凝結し、凝縮水が発生することがある。さらに、スクラバによる洗浄ではＥＧＲガスから完全にＳＯｘを取り除くことは難しく、ＥＧＲガスにはＳＯｘがわずかに含まれる。このＥＧＲガスに含まれるＳＯｘが上記の凝縮水に溶け込むと、掃気流路内に硫酸ミストが発生する。そして、硫酸ミストがエンジンに流入した場合には、エンジン内の腐食が進行しやすくなり、また、シリンダライナの異常摩擦が発生するという問題が生じる。
なお、掃気流路にウォータミストキャッチャを設け、ウォータミストキャッチャによって硫酸ミストを捕集することもできるが、硫酸ミストのうち極微小粒径のものは、ウォータミストキャッチャで捕集することができず、エンジンへ流入してしまう。また、新気と混合されていないＥＧＲガスが、ウォータミストキャッチャよりも下流において掃気ガスに接触して凝結し、凝縮水が発生する場合もある。
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲガスの凝結による凝縮水の発生を抑制できるエンジンシステムの提供を目的としている。
本発明の一態様に係るエンジンシステムは、エンジン本体と、前記エンジン本体から排出された排気ガスを外部に放出する排気流路と、新気にＥＧＲガスを混合した掃気ガスを前記エンジン本体に供給する掃気流路と、前記排気流路から抽出した排気ガスをＥＧＲガスとして前記掃気流路に供給するＥＧＲ流路と、前記掃気流路に設けられ新気を冷却するエアクーラと、前記ＥＧＲ流路に設けられＥＧＲガスを洗浄液で洗浄するスクラバと、前記ＥＧＲ流路に設けられＥＧＲガスを冷却するＥＧＲガスクーラと、前記掃気流路に供給されるＥＧＲガスの露点温度が、当該ＥＧＲガスと合流する新気の温度よりも低く、かつ、前記エンジン本体に供給される掃気ガスの温度よりも低い不凝結状態を維持するように、前記エアクーラ、前記ＥＧＲガスクーラ、又はその両方を制御する制御部と、を備えている。
この構成によれば、掃気流路に供給されるＥＧＲガスの露点温度が、当該ＥＧＲガスと合流する新気の温度よりも低く、かつ、エンジン本体に供給される掃気ガスの温度よりも低くなるよう制御が行われるため、掃気流路に供給されるＥＧＲガスが新気又は掃気ガスと接触したときに、ＥＧＲガスが凝結して凝縮水が発生するのを抑えることができる。
また、上記のエンジンシステムにおいて、前記制御部は、前記不凝結状態を維持するとともに、ＥＧＲガスと合流する新気の温度と前記掃気流路に供給されるＥＧＲガスの露点温度の差が所定の第１上限値を超えないように、かつ、前記エンジン本体に供給される掃気ガスの温度と前記掃気流路に供給されるＥＧＲガスの露点温度の差が所定の第２上限値を超えないように、前記エアクーラ、前記ＥＧＲガスクーラ、又はその両方を制御するようにしてもよい。
この構成によれば、ＥＧＲガスと合流する新気の温度と掃気流路に供給されるＥＧＲガスの露点温度の差が所定の第１上限値を超えないように、かつ、エンジン本体に供給される掃気ガスの温度と掃気流路に供給されるＥＧＲガスの露点温度の差が所定の第２上限値を超えないように制御が行われるため、ＥＧＲガスを過剰に冷却するのを防いでＥＧＲガスを冷却するためのエネルギの不要な消費を抑えることができ、また、新気の温度の過剰な上昇を防いで燃費の低下を抑えることができる。
また、上記のエンジンシステムにおいて、前記制御部は、前記ＥＧＲガスクーラの制御のみで前記不凝結状態を維持できる場合には前記ＥＧＲガスクーラのみを制御し、前記ＥＧＲガスクーラの制御のみで前記不凝結状態を維持できない場合には前記ＥＧＲガスクーラ及び前記エアクーラの両方を制御するようにしてもよい。
この構成によれば、ＥＧＲガスクーラの制御のみで不凝結状態を維持できる場合にはＥＧＲガスクーラのみを制御するため、可能な限りエアクーラの制御を避けて、新気の温度上昇を防ぐことによりエンジン本体の燃費の低下を抑えることができる。
また、本発明の他の態様に係るエンジンシステムは、エンジン本体と、前記エンジン本体から排出された排気ガスを外部に放出する排気流路と、新気にＥＧＲガスを混合した掃気ガスを前記エンジン本体に供給する掃気流路と、前記排気流路から抽出した排気ガスをＥＧＲガスとして前記掃気流路に供給するＥＧＲ流路と、前記掃気流路に設けられ新気を冷却するエアクーラと、前記ＥＧＲ流路に設けられＥＧＲガスを洗浄液で洗浄するスクラバと、前記ＥＧＲ流路に設けられＥＧＲガスを冷却するＥＧＲガスクーラと、ＥＧＲガスと合流する新気の温度と前記掃気流路に供給されるＥＧＲガスの露点温度の差が所定の第１下限値以下となったとき、又は、前記エンジン本体に供給される掃気ガスの温度と前記掃気流路に供給されるＥＧＲガスの露点温度の差が所定の第２下限値以下となったとき、所定の警報信号を発信する制御部と、を備えている。
この構成によれば、ＥＧＲガスが新気又は掃気ガスと接触することで凝結するおそれがある場合、制御部が警報信号を発信することになる。これにより、警報によってＥＧＲガスが凝結するおそれがあることを知った作業者は、エアクーラ、ＥＧＲガスクーラ、又はその両方を例えば手動バルブによって冷却水の流量を制御することで、ＥＧＲガスの凝結による凝縮水の発生を事前に防ぐことができる。
さらに、本発明の一態様に係る制御方法は、エンジン本体と、前記エンジン本体から排出された排気ガスを外部に放出する排気流路と、新気にＥＧＲガスを混合した掃気ガスを前記エンジン本体に供給する掃気流路と、前記排気流路から抽出した排気ガスをＥＧＲガスとして前記掃気流路に供給するＥＧＲ流路と、前記掃気流路に設けられ新気を冷却するエアクーラと、前記ＥＧＲ流路に設けられＥＧＲガスを洗浄液で洗浄するスクラバと、前記ＥＧＲ流路に設けられＥＧＲガスを冷却するＥＧＲガスクーラと、を備えたエンジンシステムの制御方法であって、前記掃気流路に供給されるＥＧＲガスの露点温度が、当該ＥＧＲガスと合流する新気の温度よりも低く、かつ、前記エンジン本体に供給される掃気ガスの温度よりも低い不凝結状態を維持するように、前記エアクーラ、前記ＥＧＲガスクーラ、又はその両方を制御する。
以上のとおり、上記のエンジンシステムによれば、ＥＧＲガスの凝結による凝縮水の発生を抑制することができる。
図１は、エンジンシステムの全体構成図である。 図２は、エンジンシステムの制御系のブロック図である。 図３は、エンジンシステムの制御部による制御のフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。
＜エンジンシステムの全体構成＞
はじめに、実施形態に係るエンジンシステム１００の全体構成について説明する。図１は、エンジンシステム１００の全体構成図である。図１において、太く描いた破線は排気ガス又はＥＧＲガスの流れを示しており、太く描いた実線は掃気ガス又は新気ガスの流れを示している。
本実施形態に係るエンジンシステム１００は舶用のエンジンシステムであって、エンジン本体１０と、排気流路２０と、掃気流路３０と、ＥＧＲユニット４０と、制御部５０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。
本実施形態のエンジン本体１０は、いわゆる２ストロークディーゼルエンジンである。エンジン本体１０には、掃気管１１を介して掃気流路３０から掃気ガスが供給される。掃気管１１は一時的に掃気ガスを収容するように構成されており、掃気管１１には掃気ガスの温度Ｔｓを測定する掃気ガス温度センサ１２、及び、掃気ガスの圧力Ｐｓを測定する掃気ガス圧力センサ１３が設けられている。また、エンジン本体１０から排出された排気ガスは、排気管１４に一時的に収容され、排気管１４から排気流路２０へと排出される。
排気流路２０は、エンジン本体１０から排出された排気ガスを外部に放出する流路である。排気流路２０上には、過給機２１のタービン部２２が設けられており、排気ガスのエネルギによりタービン部２２は回転する。タービン部２２は連結軸２３を介して掃気流路３０上に設けられたコンプレッサ部２４に連結されている。そのため、タービン部２２が回転すると、これに伴ってコンプレッサ部２４も回転する。コンプレッサ部２４が回転することにより、外部から取り込んだ新気が圧縮される。
掃気流路３０は、エンジン本体１０に掃気ガスを供給する流路である。掃気流路３０には、過給機２１により圧縮された新気を冷却するためのエアクーラ３１が設けられているとともに、エアクーラ３１の下流にはエアクーラ３１の出口における新気の温度Ｔａを測定するエア温度センサ３２が設けられている。エアクーラ３１内には冷却水が流れており、この冷却水の流量及び温度を制御することで、エアクーラ３１の出口における新気の温度Ｔａを調整することができる。
エアクーラ３１を通過した新気は、掃気流路３０の合流点３３において、ＥＧＲユニット４０を通過したＥＧＲガスと合流し、新気とＥＧＲガスが混合されて掃気ガスが生成される。また、掃気流路３０の合流点３３には、合流点３３におけるＥＧＲガスの圧力Ｐｅを測定する合流点圧力センサ３４が設けられている。さらに、掃気流路３０の合流点３３よりも下流側には、掃気流路３０を通過する水滴を捕集するウォータミストキャッチャ３５が設けられている。なお、前述のとおり極微小径の水滴は、ウォータミストキャッチャ３５で捕集できない場合もある。
ＥＧＲユニット４０は、排気流路２０から排気ガスの一部を抽出し、その排気ガスをＥＧＲガスとして掃気流路３０に供給するユニットである。ＥＧＲユニット４０は、排気流路２０のタービン部２２の位置よりも上流側の部分と掃気流路３０のコンプレッサ部２４及びエアクーラ３１の位置よりも下流側の部分をつなぐＥＧＲ流路４１を有している。ＥＧＲ流路５１には上流側から順に、洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄するスクラバ４２、スクラバ４２で洗浄したＥＧＲガスを冷却するＥＧＲガスクーラ４３、ＥＧＲガスクーラ４３で発生した凝縮水を捕集するＥＧＲウォータミストキャッチャ４４、ＥＧＲガスを昇圧するとともに掃気流路３０に供給するＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲブロワ５５が設けられている。
さらに、ＥＧＲウォータミストキャッチャ４４の下流には、ＥＧＲウォータミストキャッチャ４４の出口におけるＥＧＲガスの温度Ｔｇ及び圧力Ｐｇをそれぞれ測定するＥＧＲガス温度センサ４６及びＥＧＲガス圧力センサ４７が設けられている。また、ＥＧＲガスクーラ４３内には冷却水が流れており、この冷却水の流量及び温度を制御することで、ＥＧＲガスクーラ４３の出口におけるＥＧＲガスの温度を調整することができる。
なお、前述のとおり、スクラバ５２は、洗浄液を用いてＥＧＲガスからＳＯｘ及びばいじんを取り除くが、ＥＧＲガスに含まれるＳＯｘを完全に取り除くことは実質的に不可能である。そのため、掃気流路３０に供給されるＥＧＲガスには、わずかにＳＯｘが含まれており、このＳＯｘが掃気流路３０内の水滴に溶け込むと硫酸ミストが発生する。
制御部５０は、エンジンシステム１００全体を制御する部分であって、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されている。図２は、エンジンシステム１００の制御系のブロック図である。図２に示すように、制御部５０は、掃気ガス温度センサ１２、掃気ガス圧力センサ１３、エア温度センサ３２、合流点圧力センサ３４、ＥＧＲガス温度センサ４６、及びＥＧＲガス圧力センサ４７と電気的に接続されている。制御部５０は、これらの機器から送信される測定信号に基づいて、それぞれ掃気ガスの温度Ｔｓ、掃気ガスの圧力Ｐｓ、エアクーラ３１の出口における新気の温度（以下、「新気温度」という）Ｔａ、合流点３３におけるＥＧＲガスの圧力Ｐｅ、ＥＧＲウォータミストキャッチャ４４の出口におけるＥＧＲガスの温度Ｔｇ、及びＥＧＲウォータミストキャッチャ４４の出口におけるＥＧＲガスの圧力Ｐｇの各種測定値を取得することができる。
さらに、制御部５０は、取得した各種測定値に基づいて種々の演算を行い、エンジンシステム１００全体を制御する。本実施形態では、制御部５０は、エアクーラ３１、及びＥＧＲガスクーラ４３と電気的に接続されており、種々の演算等の結果に基づいて、これらの機器へ制御信号を送信し、新気の温度及びＥＧＲガスの温度を調整する。具体的には、制御部５０は、ＥＧＲガスが新気又は掃気ガスに接触することで冷却され、その結果、凝結して凝縮水が発生することがないように制御を行う。より具体的な制御内容については後述する。
＜制御内容＞
次に、制御部５０による制御内容について説明する。図３は、制御部５０による制御の流れを示したフローチャートである。図３に示すように制御が開始されると、まず制御部５０は各種センサから測定信号を受信し、これらの測定信号に基づいて各種測定値を取得する（ステップＳ１）。
続いて、制御部５０は、ステップＳ１で取得した各種測定値に基づいて、合流点３３におけるＥＧＲガスの露点温度（以下、単に「露点温度」という）Ｔｅを算出する。露点温度Ｔe［°Ｃ］は、以下の式（１）で算出することができる。なお、以降の式では、ＥＧＲウォータミストキャッチャ４４の出口におけるＥＧＲガスが飽和水蒸気（湿度１００％ＲＨ）であると仮定している。
Figure 0006633944
上記の式（１）におけるｙは、合流点３３におけるＥＧＲガスの水蒸気分圧Ｐ１［Ｐａ］を用いて以下の式（２）で表される。
Figure 0006633944
また、式（２）の合流点３３におけるＥＧＲガスの水蒸気分圧Ｐ１は、ＥＧＲウォータミストキャッチャ４４の出口におけるＥＧＲガスの絶対湿度η０［ｋｇ/ｋｇ］及び合流点３３におけるＥＧＲガスの圧力Ｐｅ［Ｐａ］を用いて、以下の式（３）で算出することができる。このうち、合流点３３におけるＥＧＲガスの圧力Ｐｅは、ステップＳ１で取得した値を用いることができる。なお、合流点３３におけるＥＧＲガスの圧力Ｐｅは、掃気ガスの圧力Ｐｓの値を用いてもよい。
Figure 0006633944
また、ＥＧＲウォータミストキャッチャ４４の出口におけるＥＧＲガスの絶対湿度η０は、ＥＧＲウォータミストキャッチャ４４の出口におけるＥＧＲガスの水蒸気圧Ｐ０［Ｐａ］及び圧力Ｐｇ［Ｐａ］を用いて、以下の式（４）で算出することができる。このうち、ＥＧＲウォータミストキャッチャ４４の出口におけるＥＧＲガスの圧力Ｐｇは、ステップＳ１で取得した値を用いることができる。
Figure 0006633944
また、ＥＧＲウォータミストキャッチャ４４の出口におけるＥＧＲガスの水蒸気圧Ｐ０は、ＥＧＲウォータミストキャッチャ４４の出口におけるＥＧＲガスの温度Ｔｇ［°Ｃ］を用いて以下の式（５）（Tetensの式）で算出することができる。ＥＧＲウォータミストキャッチャ４４の出口におけるＥＧＲガスの温度Ｔｇは、ステップＳ１で取得した値を用いることができる。
Figure 0006633944
以上のとおり、ステップＳ１で取得した各種測定値と上記の式（１）乃至式（５）を用いれば、露点温度Ｔｅを算出することができる。ただし、露点温度Ｔｅは上記以外の方法で算出してもよい。例えば、露点温度Ｔｅは、ＥＧＲウォータミストキャッチャ４４の出口におけるＥＧＲガスの温度Ｔｇよりも例えば約２°Ｃ高いことが経験上判明していれば、ＥＧＲウォータミストキャッチャ４４の出口におけるＥＧＲガスの温度Ｔｇに２°Ｃを加えた値を露点温度Ｔｅとしてもよい。また、本実施形態では、露点温度Ｔｅの算出にあたり、ＥＧＲウォータミストキャッチャ４４の出口におけるＥＧＲガスの温度Ｔｇ及び圧力Ｐｇを用いているが、これに代えて例えばＥＧＲウォータミストキャッチャ４４の入口におけるＥＧＲガスの温度及び圧力を用いてもよい。
続いて、制御部５０は、新気温度Ｔａから露点温度Ｔｅを引いた値が所定の第１下限値（例えば２°Ｃ）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３）。つまり、新気温度Ｔａが露点温度Ｔｅよりも高く、かつ、その差が第１下限値よりも大きいか否かを判定する。新気温度Ｔａから露点温度Ｔｅを引いた値が第１下限値よりも大きい場合は（ステップＳ３においてＹＥＳ）、ステップＳ５へ進む。この場合、ＥＧＲガスが新気と合流して、ＥＧＲガスの温度が新気温度Ｔａまで下がったとしても、その温度はＥＧＲガスの露点温度Ｔｅよりもある程度高いため（余裕があるため）、ＥＧＲガスが新気と合流することによる凝結は生じない。
一方、新気温度Ｔａから露点温度Ｔｅを引いた値が第１下限値よりも大きくない場合（ステップＳ３においてＮＯ）、ＥＧＲガスが新気と合流したときにＥＧＲガスが凝結して凝縮水が発生するおそれがある。この場合、制御部５０は、ＥＧＲガスクーラ４３を制御して、ＥＧＲガスクーラ４３の出口におけるＥＧＲガスの温度を低下させる（ステップＳ４）。これにより、露点温度Ｔｅは低下し、ＥＧＲガスが新気と合流することによる凝結を回避することができる。
ステップＳ５では、掃気ガスの温度Ｔｓから露点温度Ｔｅを引いた値が所定の第２下限値（例えば、２°Ｃ）よりも大きいか否かを判定する。掃気ガスの温度Ｔｓから露点温度Ｔｅを引いた値が第２下限値よりも大きい場合は（ステップＳ５においてＹＥＳ）、ＥＧＲガスが掃気ガスと接触することによって凝結するおそれはない。この場合、ステップＳ６へ進む。なお、第１下限値及び第２下限値は互いに同じ値であってもよく、別の値であってもよい。また、第１下限値及び第２下限値はゼロであってもよい。
一方、掃気ガスの温度Ｔｓから露点温度Ｔｅを引いた値が所定の下限値よりも大きくない場合（ステップＳ５においてＮＯ）、ＥＧＲガスが掃気ガスと接触したときにＥＧＲガスが凝結するおそれがある。この場合、制御部５０は、ＥＧＲガスクーラ４３を制御して、ＥＧＲガスクーラ４３の出口におけるＥＧＲガスの温度を低下させる（ステップＳ４）。これにより、露点温度Ｔｅは低下し、ＥＧＲガスが掃気ガスと接触することによる凝結を回避することができる。
ステップＳ６では、新気温度Ｔａから露点温度Ｔｅを引いた値が所定の第１上限値（例えば５°Ｃ）よりも小さいか否かを判定する。つまり、露点温度Ｔｅが新気温度Ｔａよりも低すぎないか否かを判定する。新気温度Ｔａから露点温度Ｔｅを引いた値が第１上限値よりも小さくない（大きい）場合（ステップＳ６においてＮＯ）、必要以上に露点温度Ｔｅが低いことになるため、制御部５０はＥＧＲガスクーラ４３を制御して、ＥＧＲガスクーラ４３の出口におけるＥＧＲガスの温度を上昇させる（ステップＳ７）。これにより、ＥＧＲガスクーラ４３におけるＥＧＲガスを冷却するためのエネルギの消費を抑えることができる。
一方、新気温度Ｔａから露点温度Ｔｅを引いた値が所定の第１上限値よりも小さい場合（ステップＳ６においてＹＥＳ）、ステップＳ８へ進む。ステップＳ８では、掃気ガスの温度Ｔｓから露点温度Ｔｅを引いた値が所定の第２上限値（例えば５°Ｃ）よりも小さいか否かを判定する。掃気ガスの温度Ｔｓから露点温度Ｔｅを引いた値が第２上限値よりも小さくない（大きい）場合（ステップＳ８においてＮＯ）、必要以上に露点温度Ｔｅが低いことになるため、制御部５０はＥＧＲガスクーラ４３を制御して、ＥＧＲガスクーラ４３の出口におけるＥＧＲガスの温度を上昇させる（ステップＳ７）。なお、第１上限値及び第２上限値は互いに同じ値であってもよく、別の値であってもよい。ただし、第１上限値は第１下限値よりも大きく、第２上限値は第２下限値よりも大きい。
また、掃気ガスの温度Ｔｓから露点温度Ｔｅを引いた値が第２上限値よりも小さい場合（ステップＳ８においてＹＥＳ）、ステップＳ１に戻ってステップＳ１乃至Ｓ８を繰り返す。同様に、ステップＳ４においてＥＧＲガスクーラ４３の出口におけるＥＧＲガスの温度を低下させた場合、及び、ステップＳ７においてＥＧＲガスクーラ４３の出口におけるＥＧＲガスの温度を上昇させた場合も、ステップＳ１に戻ってステップＳ１乃至Ｓ８を繰り返す。
制御部５０は、上記の制御を行うことにより、ＥＧＲガスが新気又は掃気ガスと接触しても凝結するおそれのない状態（不凝結状態）を維持することができ、かつ、ＥＧＲガスクーラ４３において不要なエネルギの消費を抑えることができる。
なお、上述した制御では、ステップＳ４においてＥＧＲガスクーラ４３のみを制御していたが、ＥＧＲガスクーラ４３のみの制御に代えて又はＥＧＲガスクーラ４３の制御とともにエアクーラ３１を制御してもよい。具体的には、上記のステップＳ４において、制御部５０はエアクーラ３１を制御し、エアクーラ３１の出口における新気の温度（新気温度）Ｔａを上昇させることによっても、ＥＧＲガスが新気又は掃気ガスと接触しても凝結しない不凝結状態を維持することができる。
ただし、新気温度Ｔａを上昇させると、エンジン本体１０の燃費が低下する。そのため、制御部５０は、ＥＧＲガスクーラ４３の制御のみで（ＥＧＲガスクーラ４３の最大冷却能力の範囲内で）不凝結状態を維持できる場合にはＥＧＲガスクーラ４３のみを制御し、ＥＧＲガスクーラ４３の制御のみで不凝結状態を維持できない場合にはＥＧＲガスクーラ４３及びエアクーラ３１の両方を制御するようにしてもよい。この構成によれば、新気温度Ｔａを極力上昇させないように制御できるため、エンジン本体１０の燃費の低下を抑えることができる。
また、上記のＥＧＲユニット４０では、スクラバ４２の下流にＥＧＲガスクーラ４３が配置されていたが、スクラバ４２の上流にＥＧＲガスクーラ４３を配置してもよい。さらに、ＥＧＲユニット４０は、複数のスクラバ４２を有していてもよく、複数のＥＧＲガスクーラ４３を有していてもよい。例えば、ＥＧＲガスクーラ４３の上流に１段目のスクラバ４２（プリスクラバ）を設け、ＥＧＲガスクーラ４３の下流に２段目のスクラバ４２（メインスクラバ）を設けてもよい。このような構成であっても、ＥＧＲガスの温度Ｔｇ及び圧力Ｐｇを測定できれば、前述した制御と同様の制御を行うことができる。
なお、上記の実施形態では、制御部５０がエアクーラ３１、ＥＧＲガスクーラ４３、又はその両方を制御する場合について説明したが、この制御は作業者が行ってもよい。つまり、制御部５０はＥＧＲガスが凝結する可能性があるときに作業者に警告し、作業者がエアクーラ３１、ＥＧＲガスクーラ４３、又はその両方を制御するようにしてもよい。具体的には、制御部５０は、ＥＧＲガスと合流する新気の温度と掃気流路３０に供給されるＥＧＲガスの露点温度の差が所定の第１下限値以下となったとき、又は、エンジン本体１０に供給される掃気ガスの温度と掃気流路３０に供給されるＥＧＲガスの露点温度の差が所定の第２下限値以下となったとき、スピーカやディスプレイなどの報知機器に警報信号を発信してもよい。すなわち、図３のステップＳ３及びＳ５においてＮＯのとき、制御部５０はステップＳ４で所定の警報信号を発信するようにしてもよい。この場合であっても、作業者によるバルブ等の制御（操作）によって、ＥＧＲガスの凝結による凝縮水の発生を事前に防ぐことができる。
１０ エンジン本体
２０ 排気流路
３０ 掃気流路
３１ エアクーラ
３５ ウォータミストキャッチャ
４１ ＥＧＲ流路
４２ スクラバ
４３ ＥＧＲガスクーラ
５０ 制御部
１００ エンジンシステム

Claims (5)

  1. エンジン本体と、
    前記エンジン本体から排出された排気ガスを外部に放出する排気流路と、
    新気にＥＧＲガスを混合した掃気ガスを前記エンジン本体に供給する掃気流路と、
    前記排気流路から抽出した排気ガスをＥＧＲガスとして前記掃気流路に供給するＥＧＲ流路と、
    前記掃気流路に設けられ新気を冷却するエアクーラと、
    前記ＥＧＲ流路に設けられＥＧＲガスを洗浄液で洗浄するスクラバと、
    前記ＥＧＲ流路に設けられＥＧＲガスを冷却するＥＧＲガスクーラと、
    前記掃気流路に供給されるＥＧＲガスの露点温度が、当該ＥＧＲガスと合流する新気の温度よりも低く、かつ、前記エンジン本体に供給される掃気ガスの温度よりも低い不凝結状態を維持するように、前記エアクーラ、前記ＥＧＲガスクーラ、又はその両方を制御する制御部と、を備えたエンジンシステム。
  2. 前記制御部は、前記不凝結状態を維持するとともに、ＥＧＲガスと合流する新気の温度と前記掃気流路に供給されるＥＧＲガスの露点温度の差が所定の第１上限値を超えないように、かつ、前記エンジン本体に供給される掃気ガスの温度と前記掃気流路に供給されるＥＧＲガスの露点温度の差が所定の第２上限値を超えないように、前記エアクーラ、前記ＥＧＲガスクーラ、又はその両方を制御する請求項１に記載のエンジンシステム。
  3. 前記制御部は、前記ＥＧＲガスクーラの制御のみで前記不凝結状態を維持できる場合には前記ＥＧＲガスクーラのみを制御し、前記ＥＧＲガスクーラの制御のみで前記不凝結状態を維持できない場合には前記ＥＧＲガスクーラ及び前記エアクーラの両方を制御する、請求項１又は２に記載のエンジンシステム。
  4. エンジン本体と、
    前記エンジン本体から排出された排気ガスを外部に放出する排気流路と、
    新気にＥＧＲガスを混合した掃気ガスを前記エンジン本体に供給する掃気流路と、
    前記排気流路から抽出した排気ガスをＥＧＲガスとして前記掃気流路に供給するＥＧＲ流路と、
    前記掃気流路に設けられ新気を冷却するエアクーラと、
    前記ＥＧＲ流路に設けられＥＧＲガスを洗浄液で洗浄するスクラバと、
    前記ＥＧＲ流路に設けられＥＧＲガスを冷却するＥＧＲガスクーラと、
    ＥＧＲガスと合流する新気の温度と前記掃気流路に供給されるＥＧＲガスの露点温度の差が所定の第１下限値以下となったとき、又は、前記エンジン本体に供給される掃気ガスの温度と前記掃気流路に供給されるＥＧＲガスの露点温度の差が所定の第２下限値以下となったとき、所定の警報信号を発信する制御部と、を備えたエンジンシステム。
  5. エンジン本体と、
    前記エンジン本体から排出された排気ガスを外部に放出する排気流路と、
    新気にＥＧＲガスを混合した掃気ガスを前記エンジン本体に供給する掃気流路と、
    前記排気流路から抽出した排気ガスをＥＧＲガスとして前記掃気流路に供給するＥＧＲ流路と、
    前記掃気流路に設けられ新気を冷却するエアクーラと、
    前記ＥＧＲ流路に設けられＥＧＲガスを洗浄液で洗浄するスクラバと、
    前記ＥＧＲ流路に設けられＥＧＲガスを冷却するＥＧＲガスクーラと、を備えたエンジンシステムの制御方法であって、
    前記掃気流路に供給されるＥＧＲガスの露点温度が、当該ＥＧＲガスと合流する新気の温度よりも低く、かつ、前記エンジン本体に供給される掃気ガスの温度よりも低い不凝結状態を維持するように、前記エアクーラ、前記ＥＧＲガスクーラ、又はその両方を制御する、制御方法。
JP2016043478A 2016-03-07 2016-03-07 エンジンシステム及び制御方法 Active JP6633944B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016043478A JP6633944B2 (ja) 2016-03-07 2016-03-07 エンジンシステム及び制御方法
CN201780008899.3A CN108495993B (zh) 2016-03-07 2017-03-02 发动机系统及控制方法
PCT/JP2017/008224 WO2017154716A1 (ja) 2016-03-07 2017-03-02 エンジンシステム及び制御方法
KR1020187028570A KR102061733B1 (ko) 2016-03-07 2017-03-02 엔진 시스템 및 제어 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016043478A JP6633944B2 (ja) 2016-03-07 2016-03-07 エンジンシステム及び制御方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017160799A JP2017160799A (ja) 2017-09-14
JP6633944B2 true JP6633944B2 (ja) 2020-01-22

Family

ID=59789251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016043478A Active JP6633944B2 (ja) 2016-03-07 2016-03-07 エンジンシステム及び制御方法

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6633944B2 (ja)
KR (1) KR102061733B1 (ja)
CN (1) CN108495993B (ja)
WO (1) WO2017154716A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6964484B2 (ja) 2017-10-30 2021-11-10 川崎重工業株式会社 エンジンシステム
JP6550520B1 (ja) * 2018-11-09 2019-07-24 川崎重工業株式会社 Ｅｇｒユニット及びエンジンシステム
CN112796898B (zh) * 2019-10-28 2022-08-02 浙江义利汽车零部件有限公司 一种防止水冷式冷却器下游混合气冷凝的方法及装置
CN114856843B (zh) * 2022-05-18 2023-05-23 潍柴动力股份有限公司 一种排气量计算方法、egr气量控制方法及egr系统

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3669407B2 (ja) * 1998-01-09 2005-07-06 三菱ふそうトラック・バス株式会社 排ガス再循環装置
US6681171B2 (en) * 2001-12-18 2004-01-20 Detroit Diesel Corporation Condensation control for internal combustion engines using EGR
CN1635270A (zh) * 2003-12-26 2005-07-06 臼井国际产业株式会社 排气再循环气体冷却机构
JP4631886B2 (ja) * 2007-08-28 2011-02-16 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気還流システム
JP2009174444A (ja) * 2008-01-25 2009-08-06 Honda Motor Co Ltd Ｅｇｒ装置
US8015822B2 (en) * 2008-11-21 2011-09-13 General Electric Company Method for controlling an exhaust gas recirculation system
JP5636615B2 (ja) 2010-01-05 2014-12-10 株式会社イワキ ポンプシステム
JP4997336B2 (ja) * 2010-01-29 2012-08-08 エムエーエヌ・ディーゼル・アンド・ターボ・フィリアル・アフ・エムエーエヌ・ディーゼル・アンド・ターボ・エスイー・ティスクランド 排ガス再循環システムを備える大型２サイクルディーゼル機関
JP5787500B2 (ja) * 2010-08-24 2015-09-30 三菱重工業株式会社 エンジン排気ガス浄化装置及び船舶
US8725386B2 (en) * 2011-07-14 2014-05-13 Southwest Research Institute Effectiveness modeling and control methods for EGR cooler
US20140150758A1 (en) * 2012-12-04 2014-06-05 General Electric Company Exhaust gas recirculation system with condensate removal
JP2014134154A (ja) * 2013-01-10 2014-07-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 船舶
DE102013003001A1 (de) * 2013-02-22 2014-08-28 Man Diesel & Turbo Se Brennkraftmaschine, Abgasrückführungsvorrichtung und Verfahren zur Abgasrückführung
JP5789321B2 (ja) * 2014-03-14 2015-10-07 川崎重工業株式会社 スクラバ及びエンジンシステム
JP6315246B2 (ja) 2014-03-31 2018-04-25 富士紡ホールディングス株式会社 研磨パッド及びその製造方法
JP6364895B2 (ja) * 2014-04-02 2018-08-01 株式会社デンソー 内燃機関のｅｇｒシステム

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180122661A (ko) 2018-11-13
CN108495993A (zh) 2018-09-04
WO2017154716A1 (ja) 2017-09-14
KR102061733B1 (ko) 2020-01-02
CN108495993B (zh) 2021-05-25
JP2017160799A (ja) 2017-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6633944B2 (ja) エンジンシステム及び制御方法
JP4997336B2 (ja) 排ガス再循環システムを備える大型２サイクルディーゼル機関
CN102828840B (zh) 低压egr系统和低压egr冷却器的效率检测方法
KR101698440B1 (ko) Egr 유닛 및 선박 엔진 시스템
JP4318055B2 (ja) 硫黄酸化物を含む排ガスの処理方法およびその装置
DK178174B1 (en) A large slow running turbocharged two-stroke internal combustion engine with crossheads and exhaust gas recirculation and method for operating thereof
WO2015001955A1 (ja) 異常判定システム及び異常判定方法
US8733329B2 (en) Motor vehicle having an exhaust gas system
JP4631886B2 (ja) 内燃機関の排気還流システム
US9188037B2 (en) Exhaust gas cooler
CN104040159B (zh) 异常检测方法
WO2017029937A1 (ja) 油冷式スクリュ圧縮機及びその制御方法
JP5683325B2 (ja) 排ガス処理装置およびこれを備えた内燃機関
JP2014134154A (ja) 船舶
KR20170030027A (ko) 내연 엔진용 배기 가스 재순환 시스템, 내연 엔진, 내연 엔진의 배기 가스 재순환 과정을 모니터링하기 위한 방법, 배기 가스 재순환 시스템을 개장하기 위한 방법, 및 내연 엔진을 개장하기 위한 키트
JP5789321B2 (ja) スクラバ及びエンジンシステム
JP2010156242A (ja) 異物捕集装置
JP6567607B2 (ja) 船舶および船舶推進用の内燃機関
JP5768502B2 (ja) 流体流通部材の腐食検知システム
JP2014043816A (ja) エンジンの排気浄化装置
SE1750309A1 (sv) Förfarande för övervakning av en metanoxidationskatalysator och en avgasreningsenhet.
JP6398597B2 (ja) 吸気凝縮水処理装置
JP6236900B2 (ja) 排気ガス再循環装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190110

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191119

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191213

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6633944

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250