KR20190038650A - 엔진 및 엔진 제어 방법 - Google Patents

Abstract

엔진 본체를 안정적으로 운전시킬 수 있는 엔진 및 엔진 제어 방법을 제공한다. 엔진 본체와, 엔진 본체의 동작을 제어하는 엔진 제어 장치와, 엔진 본체로부터 배출된 배기 가스의 일부를 재순환 가스로서 엔진 본체에 재순환시키는 EGR 시스템을 구비하고, EGR 시스템은, 엔진 본체로부터 배출된 배기 가스의 일부를 재순환 가스로서 엔진 본체에 재순환시키는 배기 가스 재순환 라인과, 배기 가스 재순환 라인을 통해서 엔진에 공급하는 재순환 가스를 제어하고, 엔진 제어 장치와 정보의 송수신을 실시하는 EGR 제어 장치와, 시간이 경과하면 증가하는 이행 계수의 정보를 출력하는 이행 계수 산출 장치를 구비하고, 이행 계수 산출 장치는, 배기 가스 재순환 라인으로부터 엔진 본체에 배기 가스의 공급을 개시하는 경우, 이행 계수의 증가를 개시하고, 또한, 이행 계수의 정보를 EGR 제어 장치 및 엔진 제어 장치에 송신한다.

Description

엔진 및 엔진 제어 방법

본 발명은, 엔진 본체와 엔진 본체의 배기 가스를 엔진 본체에 공급하는 EGR 시스템을 갖는 엔진 및 엔진 제어 방법에 관한 것이다.

엔진 본체로부터 배출되는 배기 가스 중의 NOx 를 저감시키는 것으로는, 배기 가스 재순환 (EGR) 시스템이 있다. 이 EGR 시스템은, 내연 기관의 연소실로부터 배출된 배기 가스의 일부를, 연소용 기체로서 연소실로 되돌리는 것이다 (예를 들어, 특허문헌 1). 그 때문에, 연소용 기체는, 산소 농도가 저하되고, 연료와 산소의 반응인 연소의 속도를 늦춤으로써 연소 온도가 저하되어, NOx 의 발생량을 감소시킬 수 있다.

또, 특허문헌 2 에는, 석유만으로 운전하는 디젤 모드와, 석유와 가스로 운전하는 운전 모드를 전환 가능하고, 제어부가 모드의 연료의 공급을 제어하는 2 원 연소 기관이 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 2010-174661호 일본 공개특허공보 2015-165106호

엔진 본체와 엔진 본체로부터 배출된 배기 가스를 엔진 본체에 공급하는 EGR 시스템을 구비하는 엔진은, EGR 시스템을 가동시키고 있는 상태 (EGR 모드) 와, EGR 시스템을 정지시키고 있는 상태 (노멀 모드) 의 양방으로 운전할 필요가 있다. 엔진은, 노멀 모드와 EGR 모드에서 제어 조건이 상이하다. 이 때문에, 엔진은, 노멀 모드에서 EGR 모드로 전환할 때에, 엔진 본체의 운전이 불안정해지는 경우가 있다.

본 발명은 상기 서술한 과제를 해결하는 것으로, 엔진 본체를 안정적으로 운전시킬 수 있는 엔진 및 엔진 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엔진으로서, 엔진 본체와, 상기 엔진 본체의 동작을 제어하는 엔진 제어 장치와, 상기 엔진 본체로부터 배출된 배기 가스의 일부를 재순환 가스로서 상기 엔진 본체에 재순환시키는 EGR 시스템을 구비하고, 상기 EGR 시스템은, 배기 가스 재순환 라인과, 상기 배기 가스 재순환 라인을 통해서 상기 엔진 본체에 공급하는 상기 재순환 가스의 유량을 제어하는 EGR 제어 장치와, 시간이 경과하면 증가하는 이행 계수의 정보를 출력하는 이행 계수 산출 장치를 구비하고, 상기 이행 계수 산출 장치는, 상기 배기 가스 재순환 라인으로부터 상기 엔진 본체에 상기 재순환 가스의 공급을 개시하는 경우, 상기 이행 계수의 증가를 개시하고, 또한, 상기 이행 계수의 정보를 상기 EGR 제어 장치 및 상기 엔진 제어 장치에 송신하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 본 발명은, 엔진 제어 방법으로서, 엔진 본체의 동작을 제어하는 엔진 본체 제어 공정과, 상기 엔진 본체로부터 배출된 배기 가스의 일부를 재순환 가스로 하는 EGR 모드로 전환 가능함과 함께, 상기 EGR 모드에 있어서는 상기 재순환 가스의 유량을 조정하여 상기 엔진 본체에 공급하는 EGR 제어 공정을 구비하고, 시간이 경과하면 증가하는 이행 계수의 정보를 출력하는 이행 계수 산출 공정과, 상기 EGR 모드를 개시하는 경우, 상기 이행 계수 산출 공정에 의해 출력된 상기 이행 계수의 증가를 개시하고, 또한, 상기 이행 계수에 기초하여, 상기 엔진 본체의 동작 및 상기 재순환 가스의 유량을 제어하는 것을 특징으로 한다.

엔진은, 이행 계수 산출 장치에 의해 산출한 시간에 따라 증가하는 이행 계수를 엔진 제어 장치와 EGR 제어 장치에 출력함으로써, EGR 기동시에 엔진 제어 장치와 EGR 제어 장치에 의해 연동된 제어를 실행할 수 있다. 이로써, EGR 시스템으로부터의 재순환 가스의 공급을 엔진 본체의 제어 조건의 변동에 맞추어 실행할 수 있어, 엔진 본체를 안정적으로 운전시킬 수 있다.

상기 이행 계수 산출 장치는, 설정된 설정 시간 동안, 일정 속도로 상기 이행 계수를 증가시키고, 일정 시간 경과 후에는, 일정값으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 이행 계수를 일정 속도로 상승하는 값으로 함으로써, 재순환 가스를 엔진 본체에 공급 개시할 때의 운전 조건의 변동을 안정적으로 실시할 수 있다.

상기 엔진 제어 장치는, 상기 EGR 시스템을 가동한 상태인 EGR 모드와, 상기 EGR 시스템을 정지한 상태인 노멀 모드가 전환 가능하고, 상기 노멀 모드에서 상기 EGR 모드로 전환하는 경우, 상기 이행 계수에 기초하여 상기 EGR 모드의 비율을 증가시키고, 또한, 상기 이행 계수에 기초하여 상기 노멀 모드의 비율을 감소시킨 제어값으로 제어를 실행하는 것이 바람직하다. 이로써, 엔진 본체의 운전 조건을 서서히 변화시킬 수 있고, 또, EGR 시스템으로부터 공급되는 재순환 가스의 증가에 맞추어 조건을 변화시킬 수 있다. 이상으로부터, 엔진 본체의 운전이 불안정해지는 것을 억제할 수 있다.

상기 EGR 제어 장치는, 상기 엔진 본체의 운전 조건에 기초하여 제어값을 산출하고, 산출한 제어값을, 취득한 상기 이행 계수의, 상기 이행 계수의 최대값에 대한 비율에 기초하여 감소시킨 제어값으로 제어를 실행하는 것이 바람직하다. 이로써, 이행 계수에 기초하여 EGR 시스템의 운전 조건을 서서히 변화시킬 수 있고, 또, 엔진 본체의 운전 조건에 연동하여 조건을 변화시킬 수 있다. 이상으로부터, EGR 시스템으로부터 엔진 본체에 공급하는 재순환 가스의 양이 급격히 증가하는 것을 억제할 수 있어, 엔진 본체의 운전이 불안정해지는 것을 억제할 수 있다.

상기 EGR 제어 장치는, 상기 이행 계수에 기초하여, 상기 배기 가스 재순환 라인에 형성되는 EGR 블로어의 주파수를 상승시키는 것이 바람직하다. 이로써, 엔진 본체에 공급되는 재순환 가스의 양의 증가량이 급격히 증가하는 것을 억제할 수 있어, 엔진 본체의 운전이 불안정해지는 것을 억제할 수 있다.

상기 EGR 제어 장치는, 상기 엔진 본체의 부하에 대응하는 상기 엔진 본체에 공급하는 연소용 기체의 목표 산소 농도의 관계를 기억하고, 상기 목표 산소 농도와 상기 이행 계수에 기초하여 상기 배기 가스 재순환 라인에 형성되는 EGR 블로어를 제어하는 것이 바람직하다. 이로써, 목표 산소 농도를 서서히 변화시킬 수 있다. 산소 농도가 서서히 변화됨으로써, 엔진 본체에 공급되는 재순환 가스의 양의 증가량이 급격히 증가하는 것을 억제할 수 있어, 엔진 본체의 운전이 불안정해지는 것을 억제할 수 있다.

상기 이행 계수 산출 장치는, 상기 배기 가스 재순환 라인으로부터 상기 엔진 본체에 대한 상기 재순환 가스의 공급을 정지하는 경우, 상기 이행 계수의 감소를 개시하는 것이 바람직하다. 엔진은, 이행 계수 산출 장치에 의해 산출한 시간에 따라 감소하는 이행 계수를 엔진 제어 장치와 EGR 제어 장치에 출력함으로써, EGR 정지시에 엔진 제어 장치와 EGR 제어 장치에 의해 연동된 제어를 실행할 수 있다. 이로써, EGR 시스템으로부터의 재순환 가스의 공급을 엔진 본체의 제어 조건의 변동에 맞추어 실행할 수 있어, 엔진 본체를 안정적으로 운전시킬 수 있다.

또, 상기 엔진 제어 장치는, 상기 EGR 시스템을 가동한 상태인 EGR 모드와, 상기 EGR 시스템을 정지한 상태인 노멀 모드가 전환 가능하고, 상기 EGR 모드에서 상기 노멀 모드로 전환하는 경우, 상기 이행 계수에 기초하여 상기 EGR 모드의 비율을 감소시키고, 또한, 상기 이행 계수에 기초하여 상기 노멀 모드의 비율을 증가시킨 제어값으로 제어를 실행하는 것이 바람직하다. 이로써, 엔진 본체의 운전 조건을 서서히 변화시킬 수 있고, 또, EGR 시스템으로부터 공급되는 재순환 가스의 감소에 맞추어 조건을 변화시킬 수 있다. 이상으로부터, 엔진 본체의 운전이 불안정해지는 것을 억제할 수 있다.

또, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 본 발명은, 엔진으로서, 엔진 본체와, 상기 엔진 본체의 동작을 제어하는 엔진 제어 장치와, 상기 엔진 본체로부터 배출된 배기 가스의 일부를 재순환 가스로서 상기 엔진 본체에 재순환시키는 EGR 시스템을 구비하고, 상기 EGR 시스템은, 배기 가스 재순환 라인과, 상기 배기 가스 재순환 라인을 통해서 상기 엔진 본체에 공급하는 상기 재순환 가스의 유량을 제어하는 EGR 제어 장치와, 시간이 경과하면 감소하는 이행 계수의 정보를 출력하는 이행 계수 산출 장치를 구비하고, 상기 이행 계수 산출 장치는, 상기 배기 가스 재순환 라인으로부터 상기 엔진 본체에 상기 재순환 가스의 공급을 정지하는 경우, 상기 이행 계수의 감소를 개시하고, 또한, 상기 이행 계수의 정보를 상기 EGR 제어 장치 및 상기 엔진 제어 장치에 송신하는 것을 특징으로 한다.

엔진은, 이행 계수 산출 장치에 의해 산출한 시간에 따라 감소하는 이행 계수를 엔진 제어 장치와 EGR 제어 장치에 출력함으로써, EGR 정지시에 엔진 제어 장치와 EGR 제어 장치에 의해 연동된 제어를 실행할 수 있다. 이로써, EGR 시스템으로부터의 재순환 가스의 공급을 엔진 본체의 제어 조건의 변동에 맞추어 실행할 수 있어, 엔진 본체를 안정적으로 운전시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 이행 계수 산출 장치에 의해 산출한 시간에 따라 증가하는 이행 계수를 엔진 제어 장치와 EGR 제어 장치에 출력함으로써, EGR 기동시에 엔진 제어 장치와 EGR 제어 장치에 의해 연동된 제어를 실행할 수 있다. 이로써, EGR 시스템으로부터의 배기 가스의 공급을 엔진 본체의 제어 조건의 변동에 맞추어 실행할 수 있어, 엔진 본체를 안정적으로 운전시킬 수 있다.

도 1 은, 본 실시형태의 EGR 시스템을 구비한 디젤 엔진을 나타내는 개략도이다.
도 2 는, 본 실시형태의 디젤 엔진의 각 부를 나타내는 개략 구성도이다.
도 3 은, 엔진의 각 제어 장치의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4 는, 이행 계수를 나타내는 그래프이다.
도 5 는, 이행 계수를 나타내는 그래프이다.
도 6 은, 이행 계수 산출 장치의 제어의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 7 은, 엔진 제어 장치의 제어의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 8 은, 엔진 제어 장치에 의해 산출하는 제어 파라미터를 설명하기 위한 설명도이다.
도 9 는, EGR 제어 장치에 의해 산출하는 제어 파라미터를 설명하기 위한 설명도이다.
도 10 은, 이행 계수와 각 부의 동작의 관계를 나타내는 타임 차트이다.
도 11 은, 이행 계수 산출 장치의 제어의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.

이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명한다. 또한, 본 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 또, 실시형태가 복수 있는 경우에는, 각 실시형태를 조합하여 구성하는 것도 포함하는 것이다.

도 1 은, EGR 시스템을 구비한 디젤 엔진을 나타내는 개략도, 도 2 는, 디젤 엔진의 각 부를 나타내는 개략 구성도이다. 도 3 은, 엔진의 각 제어 장치의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 선박용 디젤 엔진 (10) 은, 엔진 본체 (엔진) (11) 와, 과급기 (12) 와, EGR 시스템 (13) 을 구비하고 있다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 엔진 본체 (11) 는, 도시되어 있지 않지만, 프로펠러축을 개재하여 추진용 프로펠러를 구동 회전시키는 추진용의 기관 (주기관) 이다. 이 엔진 본체 (11) 는, 유니플로 소배기식의 디젤 엔진으로서, 2 스트로크 디젤 엔진이며, 실린더 내의 흡배기의 흐름을 하방에서 상방으로의 일방향으로 하여, 배기의 잔류를 없애도록 한 것이다. 엔진 본체 (11) 는, 피스톤이 상하 이동하는 복수의 실린더 (연소실) (21) 와, 각 실린더 (21) 에 연통되는 소기 트렁크 (22) 와, 각 실린더 (21) 에 연통되는 배기 매니폴드 (23) 를 구비하고 있다. 그리고, 각 실린더 (21) 와 소기 트렁크 (22) 사이에 소기 포트 (24) 가 형성되고, 각 실린더 (21) 와 배기 매니폴드 (23) 사이에 배기 유로 (25) 가 형성되어 있다. 그리고, 엔진 본체 (11) 는, 소기 트렁크 (22) 에 급기 라인 (G1) 이 연결되고, 배기 매니폴드 (23) 에 배기 라인 (G2) 이 연결되어 있다.

엔진 본체 (11) 에는, 회전수 검출부 (62) 와 연료 투입량 검출부 (64) 가 배치되어 있다. 회전수 검출부 (62) 는, 엔진 본체 (11) 의 회전수 (프로펠러축과 접속된 회전축의 회전수) 를 검출한다. 회전수 검출부 (62) 는, 엔진 본체 (11) 에 삽입된 회전축의 회전수를 검출해도 되지만, 프로펠러축의 회전수를 검출해도 된다. 연료 투입량 검출부 (64) 는, 엔진 본체 (11) 의 연료 투입량을 검출한다.

엔진 제어 장치 (26) 는, 엔진 본체 (11) 의 운전을 제어한다. 엔진 제어 장치 (26) 는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 운전 제어부 (80) 와, 노멀 모드 테이블 (82) 과, EGR 모드 테이블 (84) 과, 파라미터 설정부 (86) 를 갖는다. 운전 제어부 (80) 는, 파라미터 설정부 (86) 가 설정한 파라미터 (운전 조건) 에 기초하여, 엔진 본체 (11) 의 운전을 제어한다. 엔진 제어 장치 (26) 는, 실린더 (21) 에 대한 연료의 분사 타이밍이나, 분사량을 제어하여, 엔진 본체 (11) 의 연료 투입량이나 회전수를 제어한다. 엔진 제어 장치 (26) 는, 연료 투입량이나 회전수를 제어함으로써, 엔진 본체 (11) 의 출력을 제어한다. 노멀 모드 테이블 (82) 은, EGR 시스템 (13) 을 정지하고 있는 상태 (노멀 모드) 에 대해 설정된 파라미터가 기억되어 있다. EGR 모드 테이블 (84) 은, EGR 시스템 (13) 을 가동하고 있는 상태 (EGR 모드) 에 대해 설정된 파라미터가 기억되어 있다. 여기서, 파라미터는, 각 부의 제어값이나 센서에 의해 검출하는 값에 대응하여 설정되어 있다. 각 부의 제어값이나 센서에 의해 검출하는 값으로는, 엔진 본체 (11) 의 부하 (출력, 산출 마력) 가 있다. 또, 파라미터가 설정되는 대상으로는, 실린더 (21) 에 대한 연료의 분사 타이밍이나 분사량, 엔진 본체 (11) 의 각종 밸브의 개폐 타이밍 등이 있다. 노멀 모드의 파라미터와 EGR 모드의 파라미터는, 일부 동일한 값의 부분이 있어도 된다. 파라미터 설정부 (86) 는, 후술하는 이행 계수 산출 장치 (61) 에 의해 산출된 이행 계수와, 요구 부하 등의 각종 입력 조건 및 회전수 검출부 (62) 와 연료 투입량 검출부 (64) 등의 각종 센서에 의해 검출한 결과에 기초하여 각종 파라미터를 설정한다. 파라미터 설정부 (86) 는, 설정한 파라미터를 운전 제어부 (80) 에 보낸다.

과급기 (12) 는, 컴프레서 (31) 와 터빈 (32) 이 회전축 (33) 에 의해 일체로 회전하도록 연결되어 구성되어 있다. 이 과급기 (12) 는, 엔진 본체 (11) 의 배기 라인 (G2) 으로부터 배출된 배기 가스에 의해 터빈 (32) 이 회전하고, 터빈 (32) 의 회전이 회전축 (33) 에 의해 전달되어 컴프레서 (31) 가 회전하고, 이 컴프레서 (31) 가 공기 및/또는 재순환 가스를 압축하여 급기 라인 (G1) 으로부터 엔진 본체 (11) 에 공급한다. 컴프레서 (31) 는 외부 (대기) 로부터 공기를 흡입하는 흡입 라인 (G6) 에 접속되어 있다.

과급기 (12) 는, 터빈 (32) 을 회전한 배기 가스를 배출하는 배기 라인 (G3) 이 연결되어 있고, 이 배기 라인 (G3) 은, 도시되지 않은 연돌 (펀넬) 에 연결되어 있다. 또, 배기 라인 (G3) 에서 급기 라인 (G1) 까지의 사이에 EGR 시스템 (13) 이 형성되어 있다.

EGR 시스템 (13) 은, 배기 가스 재순환 라인 (G4, G5, G7) 과, 스크러버 (42) 와, 데미스터 유닛 (14) 과, EGR 블로어 (송풍기) (47) 와, EGR 제어 장치 (60) 를 구비하고 있다. 이 EGR 시스템 (13) 은, 선박용 디젤 엔진 (10) 으로부터 배출된 배기 가스의 일부인 재순환 가스를 공기와 혼합한 후, 과급기 (12) 에 의해 압축하여 연소용 기체로서 선박용 디젤 엔진 (10) 에 재순환시킴으로써, 연소에 의한 NOx 의 생성을 억제하는 것이다. 또한, 여기서는 터빈 (32) 의 하류측으로부터 배기 가스의 일부를 추기 (抽氣) 했지만, 터빈 (32) 의 상류측으로부터 배기 가스의 일부를 추기해도 된다.

또한, 이하의 설명에서 배기 가스란, 엔진 본체 (11) 로부터 배기 라인 (G2) 에 배출된 후, 배기 라인 (G3) 으로부터 외부로 배출되는 것이고, 재순환 가스란, 배기 라인 (G3) 으로부터 분리된 일부의 배기 가스가 배기 가스 재순환 라인 (G4, G5, G7) 에 의해 엔진 본체 (11) 로 되돌려지는 것이다.

배기 가스 재순환 라인 (G4) 은, 일단이 배기 라인 (G3) 의 중도부에 접속되어 있다. 배기 가스 재순환 라인 (G4) 은, EGR 입구 밸브 (개폐 밸브) (41A) 가 형성되어 있고, 타단이 스크러버 (42) 에 접속되어 있다. EGR 입구 밸브 (41A) 는, 배기 가스 재순환 라인 (G4) 을 개폐함으로써, 배기 라인 (G3) 으로부터 배기 가스 재순환 라인 (G4) 으로 분류되는 배기 가스의 유입을 ON/OFF 한다. 또한, EGR 입구 밸브 (41A) 를 유량 조정 밸브로 하고, 배기 가스 재순환 라인 (G4) 을 통과하는 배기 가스의 유량을 조정하도록 해도 된다.

스크러버 (42) 는, 벤튜리식의 스크러버이며, 중공 형상을 이루는 스로트부 (43) 와, 재순환 가스가 도입되는 벤튜리부 (44) 와, 원래의 유속으로 단계적으로 되돌리는 확대부 (45) 를 구비하고 있다. 스크러버 (42) 는, 벤튜리부 (44) 에 도입된 재순환 가스에 대해 물을 분사하는 물 분사부 (46) 를 구비하고 있다. 스크러버 (42) 는, SOx 나 매진 등의 미립자 (PM) 와 같은 유해 물질이 제거된 재순환 가스 및 유해 물질을 포함하는 배수를 배출하는 배기 가스 재순환 라인 (G5) 이 연결되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는 스크러버로서 벤튜리식을 채용하고 있지만, 이 구성에 한정되는 것은 아니다.

배기 가스 재순환 라인 (G5) 은, 데미스터 유닛 (14) 과 EGR 블로어 (47) 가 형성되어 있다.

데미스터 유닛 (14) 은, 물 분사에 의해 유해 물질이 제거된 재순환 가스와 미스트 (배수) 를 분리하는 것이다. 데미스터 유닛 (14) 은, 배수를 스크러버 (42) 의 물 분사부 (46) 에 순환시키는 배수 순환 라인 (W1) 이 형성되어 있다. 그리고, 이 배수 순환 라인 (W1) 은, 배수를 일시적으로 저류하는 홀드 탱크 (49) 와 펌프 (50) 가 형성되어 있다.

EGR 블로어 (47) 는, 스크러버 (42) 내의 재순환 가스를 배기 가스 재순환 라인 (G5) 으로부터 데미스터 유닛 (14) 으로 유도하는 것이다. EGR 블로어 (47) 는, 데미스터 유닛 (47) 을 통과한 배기 가스를 컴프레서 (31) 에 보낸다.

배기 가스 재순환 라인 (G7) 은, 일단이 EGR 블로어 (47) 에 접속됨과 함께, 타단이 혼합기 (도시 생략) 를 개재하여 컴프레서 (31) 에 접속되어 있고, EGR 블로어 (47) 에 의해 재순환 가스가 컴프레서 (31) 에 보내진다. 배기 가스 재순환 라인 (G7) 은, EGR 출구 밸브 (개폐 밸브 또는 유량 조정 밸브) (41B) 가 형성되어 있다. 흡입 라인 (G6) 으로부터의 공기와, 배기 가스 재순환 라인 (G7) 으로부터의 재순환 가스는, 혼합기에 의해 혼합됨으로써 연소용 기체가 생성된다. 또한, 이 혼합기는, 사일런서와 별도로 형성되어도 되고, 혼합기를 별도로 형성하지 않고, 재순환 가스와 공기를 혼합하는 기능을 부가하도록 사일런서를 구성해도 된다. 그리고, 과급기 (12) 는, 컴프레서 (31) 가 압축한 연소용 기체를 급기 라인 (G1) 으로부터 엔진 본체 (11) 에 공급 가능하고, 급기 라인 (G1) 에 에어 쿨러 (냉각기) (48) 가 형성되어 있다. 이 에어 쿨러 (48) 는, 컴프레서 (31) 에 의해 압축되어 고온이 된 연소용 기체와 냉각수를 열교환함으로써, 연소용 기체를 냉각시키는 것이다. 또, EGR 시스템 (13) 은, 급기 라인 (G1) 에 산소 농도 검출부 (66) 가 배치되어 있다. 본 실시형태의 산소 농도 검출부 (66) 는, 에어 쿨러 (48) 보다 엔진 본체 (11) 측에 배치되어 있다. 산소 농도 검출부 (66) 는, 엔진 본체 (11) 에 공급되는 공기의 산소 농도, 요컨대 EGR 시스템 (13) 이 가동되고 있는 경우에는, 재순환 가스와 공기를 혼합한 연소용 기체의 산소 농도를 검출한다.

EGR 제어 장치 (60) 는, EGR 시스템 (13) 의 각 부의 동작을 제어한다. 이하, 도 3 을 사용하여 EGR 제어 장치 (60) 에 대해 설명한다. 도 3 은, EGR 제어 장치의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.

EGR 제어 장치 (60) 는, 회전수 취득부 (72) 와, 연료 투입량 취득부 (74) 와, 산소 농도 취득부 (76) 와, EGR 제어부 (78) 를 갖는다. 회전수 취득부 (72) 는, 회전수 검출부 (62) 로부터 엔진 본체 (11) 의 회전수의 정보를 취득한다. 연료 투입량 취득부 (74) 는, 연료 투입량 검출부 (64) 로부터 엔진 본체 (11) 의 연료 투입량의 정보를 취득한다. 산소 농도 취득부 (76) 는, 산소 농도 검출부 (66) 로부터 엔진 본체 (11) 에 공급되는 연소용 기체의 산소 농도의 정보를 취득한다. 회전수 취득부 (72) 와 연료 투입량 취득부 (74) 와 산소 농도 취득부 (76) 는, 취득한 정보를 EGR 제어부 (78) 에 보낸다.

EGR 제어부 (78) 는, 회전수 취득부 (72) 와 연료 투입량 취득부 (74) 와 산소 농도 취득부 (76) 에 의해 취득한, 엔진 본체 (11) 의 회전수와 연료 투입량과, 엔진 본체 (11) 에 공급되는 연소용 기체의 산소 농도에 기초하여, EGR 블로어 (47) 의 운전 상태, 구체적으로는 컴프레서 (31) 를 회전시키는 모터의 주파수를 제어하여, EGR 시스템 (13) 으로부터 엔진 본체 (11) 에 공급하는 재순환 가스의 양을 제어한다.

EGR 제어부 (78) 는, 운전 제어부 (90) 와 파라미터 설정부 (92) 를 갖는다.

운전 제어부 (90) 는, 파라미터 설정부 (92) 에 의해 설정한 파라미터에 기초하여, EGR 시스템 (13) 의 운전을 제어한다. 운전 제어부 (90) 는, 예를 들어, 엔진 본체 (11) 의 부하와 산소 농도의 목표값의 관계를 기억하고 있고, 부하에 따라 산소 농도의 목표값 (목표 산소 농도) 을 산출한다. 운전 제어부 (90) 는, 엔진 본체 (11) 의 회전수와 연료 투입량에 기초하여, 엔진 본체 (11) 의 부하 (출력) 를 산출한다. 운전 제어부 (90) 는, 엔진 본체 (11) 의 부하와 목표 산소 농도의 관계에 기초하여 목표 산소 농도를 산출하고, 산출한 목표 산소 농도와 취득한 산소 농도의 관계와 현재의 EGR 블로어 (47) 의 주파수에 기초하여, EGR 블로어 (47) 의 주파수 (운전 주파수) 를 산출한다. 운전 제어부 (90) 는, 산출한 EGR 블로어 (47) 의 주파수에서 EGR 블로어 (47) 를 회전시킨다. 운전 제어부 (90) 는, 산출한 EGR 블로어 (47) 의 주파수가 설정한 리밋값을 초과하는 경우, 리밋값의 주파수에서 EGR 블로어 (47) 를 회전시킨다. 또한, 리밋값은, 엔진 본체 (11) 의 부하 (출력), 엔진 본체 (11) 의 회전수 및 엔진 본체 (11) 의 연료 투입량 중 적어도 하나에 기초하여 변동되는 값으로 해도 되고, 일정한 값으로 해도 된다. 본 실시형태의 운전 제어부 (90) 는, EGR 블로어 (47) 의 모터의 주파수를 제어한다고 했지만, 모터의 회전수를 제어하고, 컴프레서 (31) 의 회전수를 제어해도 된다. 또한, 상기 실시형태에서는 EGR 제어부 (78) 의 운전 제어부 (90) 가 EGR 블로어 (47) 를 제어하는 경우에 대해 설명했지만, EGR 블로어 (47) 이외의 각 부, 예를 들어, EGR 입구 밸브 (41A), EGR 출구 밸브 (41B) 의 개폐나, 스크러버 (42) 의 운전, 에어 쿨러 (48) 의 운전도 제어한다.

파라미터 설정부 (92) 는, 엔진 본체 (11) 의 회전수와 연료 투입량과, 엔진 본체 (11) 에 공급되는 연소용 기체의 산소 농도 등의 엔진의 운전 상태나, 제어값 및 후술하는 이행 계수 산출 장치 (61) 가 산출한 이행 계수에 기초하여, EGR 시스템 (13) 의 각 부의 제어 파라미터를 설정한다. 파라미터 설정부 (92) 는, 예를 들어, 엔진의 운전 상태나, 제어값에 기초하여, 제어 파라미터를 산출하고, 이행 계수가 설정되어 있는 경우에는, 엔진의 운전 상태나, 제어값에 기초하여 산출한 제어 파라미터에 이행 계수를 곱하여 산출한 제어 파라미터를 적용하는 제어 파라미터로 하여, 운전 제어부 (90) 에 출력한다.

이하, 본 실시형태의 EGR 시스템의 작용을 설명한다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 엔진 본체 (11) 는, 소기 트렁크 (22) 로부터 실린더 (21) 내에 연소용 기체가 공급되면, 피스톤에 의해 이 연소용 기체가 압축되고, 이 고온의 연소용 기체에 대해 연료가 분사됨으로써 자연 착화되어, 연소된다. 그리고, 발생한 연소 가스는, 배기 가스로서 배기 매니폴드 (23) 로부터 배기 라인 (G2) 에 배출된다. 엔진 본체 (11) 로부터 배출된 배기 가스는, 과급기 (12) 에 있어서의 터빈 (32) 을 회전한 후, 배기 라인 (G3) 에 배출되고, EGR 입구 밸브 (41A) 및 EGR 출구 밸브 (41B) 가 폐지 (閉止) 되어 있을 때에는, 전체량이 배기 라인 (G3) 으로부터 외부로 배출된다.

한편, EGR 입구 밸브 (41A) 및 EGR 출구 밸브 (41B) 가 개방되어 있을 때, 배기 가스는, 그 일부가 재순환 가스로서 배기 라인 (G3) 으로부터 배기 가스 재순환 라인 (G4) 으로 흐른다. 배기 가스 재순환 라인 (G4) 으로 흐른 재순환 가스는, 스크러버 (42) 에 의해 유해 물질이 제거된다. 즉, 스크러버 (42) 는, 배기 가스가 벤튜리부 (44) 를 고속으로 통과할 때, 물 분사부 (46) 로부터 물을 분사함으로써, 이 물에 의해 재순환 가스를 냉각시킴과 함께, 유해 물질을 물과 함께 낙하시켜 제거한다. 그리고, 유해 물질을 포함하는 배수는, EGR 가스와 함께 데미스터 유닛 (14) 에 유입된다.

스크러버 (42) 에 의해 유해 물질이 제거된 재순환 가스는, 배기 가스 재순환 라인 (G5) 에 배출되고, 데미스터 유닛 (14) 에 의해 미스트 (배수) 가 분리된 후, 배기 가스 재순환 라인 (G7) 에 의해 과급기 (12) 에 보내진다. 그리고, 이 재순환 가스는, 흡입 라인 (G6) 으로부터 흡입된 공기와 혼합되어 연소용 기체가 되고, 과급기 (12) 의 컴프레서 (31) 에 의해 압축된 후, 에어 쿨러 (48) 에 의해 냉각되어, 급기 라인 (G1) 으로부터 엔진 본체 (11) 에 공급된다.

선박용 디젤 엔진 (10) 은, 추가로 이행 계수 산출 장치 (61) 를 갖는다. 여기서, 도 2 에서는, 이행 계수 산출 장치 (61) 를 엔진 제어 장치 (26), EGR 제어 장치 (60) 와 별체로 했지만, 이행 계수 산출 장치 (61) 를 엔진 제어 장치 (26) 또는 EGR 제어 장치 (60) 와 일체로 해도 된다. 요컨대, 이행 계수 산출 장치 (61) 는, 엔진 제어 장치 (26) 또는 EGR 제어 장치 (60) 와 하나의 기능으로서, 엔진 제어 장치 (26) 또는 EGR 제어 장치 (60) 에 포함시켜도 된다. 이행 계수 산출 장치 (61) 는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 계시부 (計時部) (102) 와, 조건 테이블 (104) 과, 계수 산출부 (106) 를 갖는다. 계시부 (102) 는, 시간을 계측하는 기기이다. 조건 테이블 (104) 은, 이행 계수와 시간의 관계를 기억하고 있다. 도 4 및 도 5 는, 각각 이행 계수를 나타내는 그래프이다. 도 4 에 나타내는 관계는, 시간에 비례하여 값이 증가하는 이행 계수의 정보를 기억하고 있다. 도 5 에 나타내는 관계는, 시간에 비례하여 값이 감소하는 이행 계수의 정보를 기억하고 있다. 본 실시형태의 이행 계수는, 최대값이 1 이며, 단위 시간당 일정한 양, 요컨대 일정 속도로 0 에서 1 까지 증가하고, 1 에 도달한 후에는 값이 변하지 않는 관계이다. 이행 계수는, 설정 시간 동안 0 에서 1 로 증가한다. 설정 시간은, 수 분, 예를 들어, 1 분 이상 10 분 이하로 하는 것이 바람직하다. 계수 산출부 (106) 는, 조건 테이블 (104) 에 기억되어 있는 관계와, 계시부 (102) 에 의해 산출한 시간에 기초하여, 산출 시점에서의 이행 계수를 산출한다. 또한, 계수 산출부 (106) 는, 노멀 모드에서 EGR 모드로 전환되는지, EGR 모드에서 노멀 모드로 전환되는지에 의해 적용하는 조건 테이블 (104) 에 기억되어 있는 관계를 전환한다. 구체적으로는, 계수 산출부 (106) 는, 노멀 모드에서 EGR 모드로 전환되는 경우, 도 4 에 나타내는 관계를 사용한다. 계수 산출부 (106) 는, EGR 모드에서 노멀 모드로 전환되는 경우, 도 5 에 나타내는 관계를 사용한다. 또한, 도 4 의 관계와 도 5 의 관계의 변화율 (기울기) 은 동일해도 되고 상이해도 된다.

다음으로, 도 6 을 사용하여, 이행 계수 검출 장치에 의한 이행 계수의 산출 동작에 대해 설명한다. 도 6 은, 이행 계수 산출 장치의 제어의 일례를 나타내는 플로우 차트이다. 또한, 도 6 에서는, EGR 시스템 (13) 의 운전 개시시, 요컨대 EGR 시스템 (13) 이 기동되는 경우의 처리를 나타내고 있다.

이행 계수 산출 장치 (61) 는, EGR 시스템의 운전 개시의 신호를 수신한 (스텝 S12) 경우, 계시부 (102) 에 의한 시간의 계측을 개시하고, 개시 시간과 현재의 시간에 기초하여, 이행 계수를 산출한다 (스텝 S14 : 이행 계수 산출 공정). 요컨대, 도 4 에 나타내는 관계에 기초하여, 현시점에서의 이행 계수를 산출한다. 이행 계수 산출 장치 (61) 는, 이행 계수를 산출하면, 산출한 이행 계수를 출력한다 (스텝 S16). 구체적으로는, 이행 계수 산출 장치 (61) 는, 파라미터 설정부 (86, 92) 에 산출한 이행 계수의 정보를 출력한다. 이행 계수 산출 장치 (61) 는, 이행 계수를 산출하면, 산출한 이행 계수가 1 에 도달했는지를 판정한다 (스텝 S18).

이행 계수 산출 장치 (61) 는, 이행 계수가 1 에 도달되어 있지 않은 (스텝 S18 에서 No), 요컨대, 이행 계수가 1 미만이라고 판정한 경우, 스텝 S14 로 되돌아간다. 이행 계수 산출 장치 (61) 는, 이행 계수가 1 에 도달할 때까지, 이행 계수의 산출과 출력을 반복한다. 이행 계수 산출 장치 (61) 는, 이행 계수가 1 에 도달하였다 (스텝 S18 에서 Yes) 고 판정한 경우, 이행 계수의 출력을 고정시킨다 (스텝 S20). 요컨대, 이행 계수 산출 장치 (61) 는, 도 4 의 관계에 기초하여, 이행 계수로서 1 을 계속 출력한다.

다음으로, 도 7 을 사용하여, 엔진 제어 장치 (26) 에 의한 제어 (엔진 제어 방법) 의 일례를 설명한다. 도 7 은, 엔진 제어 장치의 제어의 일례를 나타내는 플로우 차트이다. 도 7 에 나타내는 처리는, 엔진 제어 장치 (26) 가 각 부의 동작을 제어하는 엔진 본체 제어 공정을 실행함으로써 실현할 수 있다.

엔진 제어 장치 (26) 는, EGR 시스템의 운전 개시의 신호를 수신한 (스텝 S32) 경우, 요컨대, 노멀 모드에서 EGR 모드로 전환하여, 엔진 본체 (11) 에 공급하는 재순환 가스의 유량을 제어하는 EGR 제어 공정을 실행하는 경우, 이행 계수를 취득한다 (스텝 S34). 요컨대, 엔진 제어 장치 (26) 는, 이행 계수 산출 장치 (61) (이행 계수 산출 공정 S14) 에 의해 산출되고 출력된, 현시점에서의 이행 계수를 취득한다. 엔진 제어 장치 (26) 는, 이행 계수를 취득하면, 이행 계수에 기초하여 파라미터를 설정한다 (스텝 S36). 구체적으로는, 엔진 제어 장치 (26) 는, 각종 조건으로부터 노멀 모드에서의 파라미터 (노멀 파라미터) 와 EGR 모드에서의 파라미터 (EGR 파라미터) 를 산출한다. 다음으로, 엔진 제어 장치 (26) 는, 노멀 파라미터와 EGR 파라미터를 이행 계수를 사용하여 비례 배분함으로써, 제어에 사용하는 파라미터를 산출한다. 일례로는, 제어에 사용하는 파라미터 ＝ 노멀 파라미터 × (1 － 이행 계수) ＋ EGR 파라미터 × (이행 계수) 로 산출한다. 엔진 제어 장치 (26) 는, 각종 파라미터에 대해 동일한 처리를 실시하여, 제어 대상의 파라미터를, 노멀 파라미터와 EGR 파라미터와 이행 계수에 기초하여 산출한다. 엔진 제어 장치 (26) 는, 산출한 파라미터를 사용하여 각 부의 동작을 제어한다.

엔진 제어 장치 (26) 는, 이행 계수를 산출하면, 산출한 이행 계수가 1 에 도달했는지를 판정한다 (스텝 S38). 엔진 제어 장치 (26) 는, 이행 계수가 1 에 도달되어 있지 않은 (스텝 S38 에서 No), 요컨대, 이행 계수가 1 미만이라고 판정한 경우, 스텝 S34 로 되돌아간다. 엔진 제어 장치 (26) 는, 이행 계수가 1 에 도달할 때까지, 이행 계수의 산출과 출력을 반복한다. 엔진 제어 장치 (26) 는, 이행 계수가 1 에 도달하였다 (스텝 S38 에서 Yes) 고 판정한 경우, EGR 모드로 운전한다 (스텝 S40).

도 8 은, 엔진 제어 장치에 의해 산출하는 제어 파라미터를 설명하기 위한 설명도이다. 도 8 은, 엔진 제어 장치 (26) 가 제어하는 파라미터의 1 개인 엔진 부하와 파라미터의 값의 관계를 나타내고 있다. 도 8 에 나타내는 바와 같이, 엔진 제어 장치 (26) 는, 1 개의 파라미터에 대해, 노멀 모드에 있어서의 관계와 EGR 모드에 있어서의 관계를 기억하고 있다. 엔진 제어 장치 (26) 는, 이행 계수에 기초하여, 노멀 모드의 값과 EGR 모드의 값의 사이의 값을 적용하는 파라미터값으로서 산출한다. 엔진 제어 장치 (26) 는, 이행 계수의 값은 서서히 커지기 때문에, EGR 시스템 (13) 의 기동을 개시하고 나서의 시간이 길어질수록, 적용하는 파라미터값은 EGR 모드의 값에 가까워진다. 또, 도 8 에 나타내는 파라미터는, 엔진 부하에 대해 파라미터값이 비례로 변화되는 경우를 나타냈지만, 엔진 부하와 파라미터의 관계는 비례 관계에 한정되지 않고, 여러 가지 관계로 할 수 있다. 또, 파라미터로는, 엔진 본체 (11) 의 회전수, 연료 분사량, 연료의 분사 타이밍 등이 예시된다. 또, 파라미터로는, 각종 밸브의 개폐의 타이밍 등의 실제 제어 대상의 제어값을 사용할 수도 있다.

또, 도 7 및 도 8 에서는 엔진 제어 장치 (26) 의 동작을 설명했지만, EGR 제어 장치 (60) 도 동일하게 이행 계수에 기초하여, 적용하는 파라미터값을 산출한다. 도 9 는, EGR 제어 장치에 의해 산출하는 제어 파라미터를 설명하기 위한 설명도이다. EGR 제어 장치 (60) 는, 1 개의 파라미터에 대해, 운전 조건에 대응하는 파라미터를 기억하고 있다. 여기서, EGR 제어 장치 (60) 는, EGR 시스템 (13) 의 운전을 제어하는 것이기 때문에, 엔진 제어 장치 (26) 와 같이, 노멀 모드와 EGR 모드의 파라미터는 기억하고 있지 않다. EGR 모드에 있어서의 관계를 기억하고 있다. EGR 제어 장치 (60) 는, 이행 계수에 기초하여, 0 과 기억하고 있는 파라미터값의 사이의 값을 적용하는 파라미터값으로서 산출한다. 여기서, 설명을 위해, 도 9 에서는 파라미터값이 0 인 경우를 노멀 모드로 하고, 기억되어 있는 파라미터와 엔진 부하의 관계를 EGR 모드로서 나타낸다. EGR 제어 장치 (60) 는, EGR 시스템 (13) 이 기동되어 있지 않은 상태, 요컨대 엔진 제어 장치 (26) 가 노멀 모드로 운전되고 있는 상태에서는, 각 부가 운전되고 있지 않기 때문에, 노멀 모드의 파라미터를 항상 0 으로 하여 동일한 처리를 실시한다. 구체적으로는, EGR 제어 장치 (60) 는, 제어에 사용하는 파라미터 ＝ (엔진 본체 (11) 의 운전 조건에 기초하여 산출한 파라미터, 도 9 에 나타내는 EGR 모드의 파라미터값) × (이행 계수) 로 산출해도 된다. 엔진 본체 (11) 의 운전 조건에 기초하여 파라미터는, 이행 계수 이외의 조건으로 산출한 파라미터이며, EGR 시스템 (13) 을 운전하여 안정적으로 가동되고 있는 상태에서 선박용 디젤 엔진 (10) 을 목적으로 하는 조건으로 운전할 수 있는 값이다. 또, EGR 제어 장치 (60) 는, 노멀 모드의 파라미터가 0 이 아닌 값이 설정되어 있는 경우, (엔진 본체 (11) 의 운전 조건에 기초하여 산출한 파라미터) × (이행 계수) ＋ (노멀 모드의 파라미터) × (1 － 이행 계수) 로 산출해도 된다. EGR 제어 장치 (60) 가 제어하는 파라미터로는, 목표 산소 농도, EGR 입구 밸브 (41A), EGR 출구 밸브 (41B) 의 개폐 타이밍, 스크러버 (42) 의 운전 조건 및 EGR 블로어 (47) 의 운전 조건이 예시된다.

선박용 디젤 엔진 (10) 은, 이행 계수 산출 장치 (61) 에 의해 산출한 이행 계수에 기초하여 엔진 제어 장치 (26) 및 EGR 제어 장치 (60) 에 의해 각 부를 제어함으로써, 노멀 모드에서 EGR 모드로의 전환시에, 선박용 디젤 엔진 (10) 의 각 부의 운전 조건을 율속 (律速) 하여 변화시킬 수 있다.

도 10 은, 이행 계수와 각 부의 동작의 관계를 나타내는 타임 차트이다. 도 10 은, 노멀 모드에서 EGR 모드로의 전환시의 이행 계수, EGR 블로어 (47) 의 주파수, EGR 입구 밸브 (41A) 의 개도 (開度), 엔진 본체 (11) 의 배기 밸브의 닫힘 타이밍 및 EGR 출구 밸브 (41B) 의 개폐 타이밍의 관계를 나타낸다. 여기서, EGR 블로어 (47) 의 주파수, EGR 입구 밸브 (41A) 의 개도, EGR 출구 밸브 (41B) 의 개폐 타이밍은 EGR 제어 장치 (60) 가 제어하고, 엔진 본체 (11) 의 배기 밸브의 닫힘 타이밍은 엔진 제어 장치 (26) 가 제어한다.

선박용 디젤 엔진 (10) 은, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 노멀 모드로 운전되고 있는 상태에서 시간 t1 에 EGR 모드로의 전환을 개시하고, 시간 t2 에서 EGR 모드로의 전환을 완료하는 선박용 디젤 엔진 (10) 은, 시간 t1 에서 시간 t2 사이의 이행 기간에 이행 계수가 0 (0 ％) 에서 1 (100 ％) 로 증가한다. 선박용 디젤 엔진 (10) 은, EGR 블로어 (47) 의 주파수, EGR 입구 밸브 (41A) 의 개도, 엔진 본체 (11) 의 배기 밸브의 닫힘 타이밍을, 상기 서술한 바와 같이 이행 계수에 기초하여 운전 조건을 조정함으로써, 시간 t1 에서 시간 t2 사이의 이행 기간에 이행 계수에 비례하여 운전 조건이 변화된다. 여기서, EGR 블로어 (47) 의 주파수, EGR 입구 밸브 (41A) 의 개도는, 이행 계수가 상승하면 제어값이 상승한다. 엔진 본체 (11) 의 배기 밸브의 닫힘 타이밍은, 이행 계수가 상승하면 제어값이 하강한다.

EGR 출구 밸브 (41B) 의 개폐 타이밍도 이행 계수에 기초하여 제어가 실행되지만, 개폐의 전환만이며, 이행 계수가 0 보다 큰 경우, 열림이라는 조건이 되기 때문에, 시간 t1 에서 닫힘에서 열림으로 전환되고, 그 후 열린 상태가 유지된다. 또한, EGR 출구 밸브 (41B) 의 개폐 타이밍과 같이 개폐의 전환만, ON/OFF 의 전환만의 제어 대상은, 이행 계수를 사용하지 않고 제어해도 된다.

이와 같이 선박용 디젤 엔진 (10) 은, EGR 시스템 (13) 의 운전 개시시, 이행 계수 산출 장치 (61) 에 의해 산출한 시간에 따라 증가하는 이행 계수를 엔진 제어 장치 (26) 와 EGR 제어 장치 (60) 에 출력함으로써, EGR 시스템 (13) 의 기동시에 엔진 제어 장치 (26) 와 EGR 제어 장치 (60) 에 의해 연동된 제어를 실행할 수 있다. 이로써, 연소용 기체의 일부인, EGR 시스템 (13) 으로부터의 재순환 가스의 공급을 엔진 본체 (11) 의 제어 조건의 변동에 맞추어 실행할 수 있어, 엔진 본체 (11) 를 안정적으로 운전시킬 수 있다. 보다 구체적으로는, 선박용 디젤 엔진 (10) 은, 이행 계수를 사용하여, EGR 시스템 (13) 의 운전 개시시의 각종 조건을 제어함으로써, 각종 제어 조건이 급격히 변화되어, 엔진 성능이 변화되는 것을 억제할 수 있다.

선박용 디젤 엔진 (10) 은, 이행 계수 산출 장치 (61) 에 의해 산출한 이행 계수에 기초하여, EGR 블로어 (47) 의 주파수, EGR 입구 밸브 (41A) 의 개도 및 엔진 본체 (11) 의 배기 밸브의 닫힘 타이밍을 제어함으로써, 선박용 디젤 엔진 (10) 의 운전 조건을 안정적으로 변화시킬 수 있어, 노멀 모드에서 EGR 모드로의 이행시에 선박용 디젤 엔진 (10) 의 운전이 불안정해지는 것, 일부 기기에 부하가 집중되는 것을 억제할 수 있다.

선박용 디젤 엔진 (10) 은, 상기 서술한 바와 같이 이행 계수에 기초하여 동작을 제어하는 파라미터는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 엔진 본체 (11) 의 배기 밸브의 닫힘 타이밍, 연료를 분사하는 타이밍, 작동 유압, 연료의 분사 패턴 등도 이행 계수에 기초하여, 노멀 모드의 설정에서 EGR 모드의 설정으로 서서히 이행시킬 수 있다.

선박용 디젤 엔진 (10) 은, 적어도 EGR 블로어 (47) 의 주파수 및 엔진 제어 장치 (26) 의 각종 제어 파라미터를 이행 계수에 기초하여 제어하는 것이 바람직하다. 엔진 제어 장치 (26) 는, 노멀 모드와 EGR 모드의 각각에서 최적의 연소 상태로 하는 파라미터가 기억되어 있다. 또, EGR 블로어 (47) 는, 엔진 제어 장치 (26) 에 의해 설정된 파라미터의 운전에 대해, 적절한 EGR 블로어 (47) 의 주파수 (요컨대, 재순환 가스의 공급량) 가 있다. 선박용 디젤 엔진 (10) 은, 적어도 EGR 블로어 (47) 의 주파수 및 엔진 제어 장치 (26) 의 각종 제어 파라미터를 이행 계수에 기초하여 제어함으로써, EGR 블로어 (47) 의 주파수의 변화 (재순환 가스의 공급량의 변화) 와 동시에 엔진 본체 (11) 의 각종 제어 파라미터를 변화시킬 수 있어, 엔진 본체 (11) 의 연소 상태를 유지하면서 노멀 모드에서 EGR 모드 또는 EGR 모드에서 노멀 모드로 전환할 수 있다. 이로써, 이상 연소, 실화 등의 연소에 의한 트러블의 발생을 보다 확실히 방지할 수 있다.

또, 선박용 디젤 엔진 (10) 은, 적어도 EGR 블로어 (47) 의 주파수와, 엔진 제어 장치 (26) 의 각종 제어 파라미터와, EGR 시스템 (13) 의 EGR 입구 밸브 (41A) 의 제어를 이행 계수에 기초하여 제어하는 것이 바람직하다. 이행 계수를 사용하지 않고 EGR 입구 밸브 (41A) 를 닫힘에서 열림으로 동작시키는 경우, EGR 입구 밸브 (41A) 로부터 배기 가스 재순환 라인 (G4) 내에 배기 가스 (재순환 가스) 가 흘러 들어가고, 그 재순환 가스의 기세에 의해 EGR 블로어 (47) 가 유전 (誘轉) 되는 것으로 인한 EGR 블로어 (47) 의 제어 불량이 발생할 우려가 있다. 이에 반해, 적어도 EGR 블로어 (47) 의 주파수와, 엔진 제어 장치 (26) 의 각종 제어 파라미터와, EGR 시스템 (13) 의 EGR 입구 밸브 (41A) 의 제어를 이행 계수에 기초하여 제어하고, 이행 계수를 사용하여 EGR 입구 밸브 (41A) 를 닫힘에서 열림으로 동작시킴으로써, 의도하지 않은 타이밍에 EGR 입구 밸브 (41A) 로부터 배기 가스 재순환 라인 (G4) 내에 배기 가스 (재순환 가스) 가 흘러 들어가는 것을 억제하여, EGR 블로어 (47) 의 제어 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

이행 계수 산출 장치 (61) 는, 설정된 설정 시간 동안, 일정 속도로 상기 이행 계수를 증가시키고, 일정 시간 경과 후에는, 일정값으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 이행 계수를 일정 속도로 상승하는 값으로 함으로써, 연소용 기체의 일부인, 재순환 가스를 엔진 본체 (11) 에 공급 개시할 때의 운전 조건의 변동을 안정적으로 실시할 수 있다. 이로써, EGR 제어 장치 (60) 는, 설정 시간 경과 후에, EGR 시스템 (13) 이 운전되고 있는 상태, 요컨대 EGR 모드의 조건으로 운전할 수 있다. 이로써, 엔진 본체 (11) 에 공급하는 연소용 기체의 산소 농도를 적절한 농도로 할 수 있어, 질소 산화물의 발생을 억제할 수 있다. 또, EGR 모드의 목표 산소 농도에 기초한 EGR 블로어 (47) 의 주파수의 제어를 설정 시간 경과 후로 함으로써, 현상황의 산소 농도와 목표의 산소 농도의 차를 작게 할 수 있어, 제어에 의해, 공급하는 재순환 가스의 양이 과잉이 되는 것을 억제할 수 있다.

엔진 제어 장치 (26) 는, EGR 모드와 노멀 모드가 전환 가능하고, 노멀 모드에서 EGR 모드로 전환하는 경우, 이행 계수에 기초하여 EGR 모드의 비율을 증가시키고, 또한, 이행 계수에 기초하여 노멀 모드의 비율을 감소시킨 제어값으로 제어를 실행한다. 이로써, 엔진 본체 (11) 의 운전 조건을 서서히 변화시킬 수 있고, 또, 연소용 기체의 일부인, EGR 시스템 (13) 으로부터 공급되는 재순환 가스의 증가에 맞추어 조건을 변화시킬 수 있다. 이상으로부터, 엔진 본체 (11) 의 운전이 불안정해지는 것을 억제할 수 있다.

다음으로, 도 11 을 사용하여, 이행 계수 검출 장치에 의한 이행 계수의 산출 동작에 대해 설명한다. 도 11 은, 이행 계수 산출 장치의 제어의 일례를 나타내는 플로우 차트이다. 또한, 도 11 에서는, EGR 시스템 (13) 이 운전 정지되는 경우, 요컨대 EGR 시스템 (13) 이 가동되고 있는 상태에서 정지하는 상태로 전환되는 경우의 처리이다.

이행 계수 산출 장치 (61) 는, EGR 시스템 (13) 의 정지의 신호를 수신한 (스텝 S52) 경우, 계시부 (102) 에 의한 시간의 계측을 개시하고, 개시 시간과 현재의 시간에 기초하여 이행 계수를 산출한다 (스텝 S54). 요컨대, 도 5 에 나타내는 관계에 기초하여, 현시점에서의 이행 계수를 산출한다. 이 경우, 이행 계수는 시간이 경과함과 함께 감소한다. 이행 계수 산출 장치 (61) 는, 이행 계수를 산출하면, 산출한 이행 계수를 출력한다 (스텝 S56). 구체적으로는, 이행 계수 산출 장치 (61) 는, 파라미터 설정부 (86, 92) 에 산출한 이행 계수의 정보를 출력한다. 이행 계수 산출 장치 (61) 는, 이행 계수를 산출하면, 산출한 이행 계수가 0 에 도달했는지를 판정한다 (스텝 S58).

이행 계수 산출 장치 (61) 는, 이행 계수가 0 에 도달되어 있지 않은 (스텝 S58 에서 No), 요컨대, 이행 계수가 0 보다 크다고 판정한 경우, 스텝 S54 로 되돌아간다. 이행 계수 산출 장치 (61) 는, 이행 계수가 0 에 도달할 때까지, 이행 계수의 산출과 출력을 반복한다. 이행 계수 산출 장치 (61) 는, 이행 계수가 0 에 도달하였다 (스텝 S58 에서 Yes) 고 판정한 경우, 이행 계수의 출력을 고정시킨다 (스텝 S60). 요컨대, 이행 계수 산출 장치 (61) 는, 도 5 의 관계에 기초하여, 이행 계수로서 0 을 계속 출력한다.

EGR 시스템 (13) 이 운전 정지되는 경우, 요컨대 EGR 시스템 (13) 이 가동되고 있는 상태에서 정지되는 상태로 전환되는 경우, 엔진 제어 장치 (26) 및 EGR 제어 장치 (60) 는, 도 11 에서 산출한 이행 계수에 기초하여, 도 6 에 나타내는 처리와 동일한 처리를 실행하고, 이행 계수가 0 이 된 경우, 노멀 모드로 운전한다.

이와 같이 선박용 디젤 엔진 (10) 은, EGR 시스템 (13) 의 정지시에, 이행 계수 산출 장치 (61) 에 의해 산출한 시간에 따라 감소하는 이행 계수를 엔진 제어 장치 (26) 와 EGR 제어 장치 (60) 에 출력함으로써, EGR 시스템 (13) 의 정지시에 엔진 제어 장치 (26) 와 EGR 제어 장치 (60) 에 의해 연동된 제어를 실행할 수 있다. 이로써, EGR 시스템 (13) 으로부터의 재순환 가스의 공급을 엔진 본체 (11) 의 제어 조건의 변동에 맞추어 실행할 수 있어, 엔진 본체 (11) 를 안정적으로 운전시킬 수 있다. 보다 구체적으로는, 선박용 디젤 엔진 (10) 은, 이행 계수를 사용하여, EGR 시스템 (13) 의 운전 정지시의 각종 조건을 제어함으로써, 각종 제어 조건이 급격히 변화되는 것을 억제할 수 있다.

또, 엔진 제어 장치 (26) 는, EGR 모드에서 노멀 모드로 전환하는 경우, 이행 계수에 기초하여 EGR 모드의 비율을 감소시키고, 또한, 이행 계수에 기초하여 노멀 모드의 비율을 증가시킨 제어값으로 제어를 실행한다. 이로써, 엔진 본체 (11) 의 운전 조건을 서서히 변화시킬 수 있고, 또, EGR 시스템 (13) 으로부터 공급되는 재순환 가스의 감소에 맞추어 조건을 변화시킬 수 있다. 이상으로부터, 엔진 본체 (11) 의 운전이 불안정해지는 것을 억제할 수 있다.

또, EGR 제어 장치 (60) 는, 엔진 본체 (11) 의 운전 조건에 기초하여 제어값을 산출하고, 산출한 제어값을, 취득한 이행 계수의 이행 계수의 최대값에 대한 비율에 기초하여 감소시킨 제어값으로 제어를 실행하는, 요컨대, 이행 계수의 최대값을 1 로 한 경우, 산출한 파라미터 × (이행 계수) 로 산출하는 것이 바람직하다. 이로써, 이행 계수에 기초하여 EGR 시스템 (13) 의 운전 조건을 서서히 변화시킬 수 있고, 또, 엔진 본체 (11) 의 운전 조건에 연동하여 조건을 변화시킬 수 있다. 이상으로부터, 연소용 기체의 일부인, EGR 시스템 (13) 으로부터 엔진 본체 (11) 에 공급하는 재순환 가스의 양이 급격히 증가하는 것을 억제할 수 있어, 엔진 본체 (11) 의 운전이 불안정해지는 것을 억제할 수 있다.

또, EGR 제어 장치 (60) 는, 예를 들어, 파라미터로서, EGR 블로어 (47) 의 회전수를 사용할 수 있다. EGR 제어 장치 (60) 는, 이행 계수에 기초하여, EGR 블로어 (47) 의 주파수를 상승시킴으로써, 연소용 기체의 일부인, 엔진 본체 (11) 에 공급되는 재순환 가스의 양의 증가량이 급격히 증가하는 것을 억제할 수 있어, 엔진 본체 (11) 의 운전이 불안정해지는 것을 억제할 수 있다.

EGR 제어 장치 (60) 는, 예를 들어, 파라미터로서, 산소 농도를 사용할 수 있다. EGR 제어 장치 (60) 는, 엔진 본체 (11) 의 부하에 대응하는 엔진 본체 (11) 에 공급하는 연소용 기체의 목표 산소 농도와의 관계를 기억하고, 목표 산소 농도에 상기 이행 계수를 곱한 값에 기초하여 EGR 블로어 (47) 를 제어한다. 이로써, 목표 산소 농도를 서서히 변화시킬 수 있다. 산소 농도가 서서히 변화됨으로써, 연소용 기체의 일부인, 엔진 본체 (11) 에 공급되는 재순환 가스의 양의 증가량이 급격히 증가하는 것을 억제할 수 있어, 엔진 본체 (11) 의 운전이 불안정해지는 것을 억제할 수 있다.

이와 같이, 선박용 디젤 엔진 (10) 은, 산소 농도 또는 EGR 블로어 (47) 의 회전수를 이행 계수에 기초하여 조정함으로써, 기동시의 EGR 블로어 (47) 의 상승 속도를 제한하여, 산소 농도가 급격히 변화되어, 산소 농도가 목표 산소 농도보다 낮아지는 것을 억제할 수 있다. 목표 산소 농도와 현재 산소 농도의 차가 커져, 산소 농도가 오버슈트되어, 산소 농도가 낮아지는 것을 억제할 수 있다. 요컨대, 연소용 기체의 일부인, 재순환 가스의 공급이 과잉이 되어, 엔진 본체 (11) 에서의 연소 상태가 악화되는 것을 억제할 수 있다. 또, 산소 농도의 오버슈트가 발생한 후, 산소 농도가 진동하는 헌팅이 발생하여, EGR 블로어 (47) 의 회전수의 변동이 커지는 것도 억제할 수 있다. 또, 이행 계수가 변화되는 시간을 설정 시간으로 함으로써, 산소 농도가 목표 산소 농도가 될 때까지 걸리는 시간이 길어지는 것을 억제할 수 있어, 질소 산화물을 저감시킬 수 있는 운전 조건에 도달할 때까지의 시간이 길어지는 것을 억제할 수 있다. 이상으로부터, EGR 제어 장치 (60) 는, 기동시의 EGR 블로어의 주파수의 상승 속도를 이행 계수로 제한함으로써, 기동시에 엔진 본체 (11) 에 연소용 기체의 일부인 재순환 가스가 과잉으로 공급되는 것을 억제할 수 있다. 이로써, 엔진 본체 (11) 를 안정적으로 운전시킬 수 있다. 선박용 디젤 엔진 (10) 은, 산소 농도 또는 EGR 블로어 (47) 의 회전수를 이행 계수에 기초하여 조정함으로써, EGR 시스템 (13) 의 정지시에도 동일하게, EGR 블로어 (47) 의 하강 속도를 제한하여, 산소 농도가 급격히 변화되어, 산소 농도가 목표 산소 농도보다 낮아지는 것을 억제할 수 있다.

또, 상기 실시형태에서는, 이행 계수가 1 에 도달한 경우 또는 0 에 도달한 경우, 전환 종료로 하여 각 모드에서의 운전을 실시하는 제어로 했지만, 이행 계수를 1 또는 0 의 정보에 기초하여, 이행 계수를 가미하여 제어를 실시하도록 해도 된다.

또, 이행 계수 산출 장치 (61) 는, 엔진 제어 장치 (26) 및 EGR 제어 장치 (60) 중 적어도 일방으로부터 취득한 각 부의 제어 상태에 기초하여, 이행 계수의 상승 속도 또는 하강 속도를 변경해도 된다. 이행 계수 산출 장치 (61) 는, 엔진 제어 장치 (26) 및 EGR 제어 장치 (60) 중 적어도 일방으로부터, 이행 계수에 추종된 제어가 이루어져 있지 않은 정보를 취득한 경우, 이행 계수의 상승을 일시적으로 정지시켜도 되고, 이행 계수의 상승 속도를 감속시켜도 된다. 또, 이행 계수 산출 장치 (61) 는, 엔진 제어 장치 (26) 및 EGR 제어 장치 (60) 중 적어도 일방으로부터, 이행 계수에 추종된 제어가 이루어져 있지 않은 정보를 취득한 경우, EGR 시스템 (13) 을 정지하는 지시를 각 부에 출력해도 된다.

또, 엔진 제어 장치 (26) 및 EGR 제어 장치 (60) 는, 이행 계수가 최대값 또는 0 에 도달하기 이전에, 이행 계수에 기초한 제어를 종료해도 된다. 또, 이행 계수 산출 장치 (61) 는, EGR 시스템 (13) 을 운전하고 있는 상태에서, 이상이 발생하여 EGR 시스템 (13) 을 정지시킨다고 판정한 경우에는, 이행 계수의 감소 속도를 통상적인 정지 제어보다 빠르게 하는 것이 바람직하다. 또, 엔진 제어 장치 (26) 는, EGR 시스템 (13) 이 급정지 또는 제어 신호의 송수신을 할 수 없게 된 경우, 이행 계수를 사용하지 않고, 엔진 제어 장치 (26) 의 제어에 의해 EGR 모드에서 노멀 모드로 이행해도 된다.

또, 상기 서술한 실시형태에서는, 선박용 디젤 엔진으로서 주기관을 사용하여 설명했지만, 발전기로서 사용되는 디젤 엔진에도 적용할 수 있다.

10 : 선박용 디젤 엔진
11 : 엔진 본체
12 : 과급기
13 : EGR 시스템
14 : 데미스터 유닛
26 : 엔진 제어 장치
41A : EGR 입구 밸브
41B : EGR 출구 밸브
42 : 스크러버
47 : EGR 블로어
48 : 에어 쿨러 (냉각기)
60 : EGR 제어 장치
61 : 이행 계수 산출 장치
62 : 회전수 검출부
64 : 연료 투입량 검출부
66 : 산소 농도 검출부
72 : 회전수 취득부
74 : 연료 투입량 취득부
76 : 산소 농도 취득부
78 : EGR 제어부
80 : 운전 제어부
82 : 노멀 모드 테이블
84 : EGR 모드 테이블
86 : 파라미터 설정부
90 : 운전 제어부
92 : 파라미터 설정부
102 : 계시부
104 : 조건 테이블
106 : 계수 산출부
G4, G5, G7 : 배기 가스 재순환 라인
G6 : 흡입 라인
W1 : 배수 순환 라인

Claims (10)

1. 엔진 본체와,
   상기 엔진 본체의 동작을 제어하는 엔진 제어 장치와,
   상기 엔진 본체로부터 배출된 배기 가스의 일부를 재순환 가스로서 상기 엔진 본체에 재순환시키는 EGR 시스템을 구비하고,
   상기 EGR 시스템은,
   배기 가스 재순환 라인과,
   상기 배기 가스 재순환 라인을 통해서 상기 엔진 본체에 공급하는 상기 재순환 가스의 유량을 제어하는 EGR 제어 장치와,
   시간이 경과하면 증가하는 이행 계수의 정보를 출력하는 이행 계수 산출 장치를 구비하고,
   상기 이행 계수 산출 장치는, 상기 배기 가스 재순환 라인으로부터 상기 엔진 본체에 상기 재순환 가스의 공급을 개시하는 경우, 상기 이행 계수의 증가를 개시하고, 또한, 상기 이행 계수의 정보를 상기 EGR 제어 장치 및 상기 엔진 제어 장치에 송신하고,
   상기 엔진 제어 장치는, 상기 이행 계수에 기초하여 동작을 제어하고,
   상기 EGR 제어 장치는, 상기 이행 계수에 기초하여, 상기 재순환 가스의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 이행 계수 산출 장치는, 설정된 설정 시간 동안, 일정 속도로 상기 이행 계수를 증가시키고, 일정 시간 경과 후에는, 일정값으로 하는 것을 특징으로 하는 엔진.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 엔진 제어 장치는, 상기 EGR 시스템을 가동한 상태인 EGR 모드와, 상기 EGR 시스템을 정지한 상태인 노멀 모드가 전환 가능하고, 상기 노멀 모드에서 상기 EGR 모드로 전환하는 경우, 상기 이행 계수에 기초하여 상기 EGR 모드의 비율을 증가시키고, 또한, 상기 이행 계수에 기초하여 상기 노멀 모드의 비율을 감소시킨 제어값으로 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 엔진.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 EGR 제어 장치는, 상기 엔진 본체의 운전 조건에 기초하여 제어값을 산출하고, 산출한 제어값을, 취득한 상기 이행 계수의, 상기 이행 계수의 최대값에 대한 비율에 기초하여 감소시킨 제어값으로 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 엔진.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 EGR 제어 장치는, 상기 이행 계수에 기초하여, 상기 배기 가스 재순환 라인에 형성되는 EGR 블로어의 주파수를 상승시키는 것을 특징으로 하는 엔진.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 EGR 제어 장치는, 상기 엔진 본체의 부하에 대응하는 상기 엔진 본체에 공급하는 연소용 기체의 목표 산소 농도의 관계를 기억하고,
   상기 목표 산소 농도와 상기 이행 계수에 기초하여 상기 배기 가스 재순환 라인에 형성되는 EGR 블로어를 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 이행 계수 산출 장치는, 상기 배기 가스 재순환 라인으로부터 상기 엔진 본체에 대한 상기 재순환 가스의 공급을 정지하는 경우, 상기 이행 계수의 감소를 개시하는 것을 특징으로 하는 엔진.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 엔진 제어 장치는, 상기 EGR 시스템을 가동한 상태인 EGR 모드와, 상기 EGR 시스템을 정지한 상태인 노멀 모드가 전환 가능하고, 상기 EGR 모드에서 상기 노멀 모드로 전환하는 경우, 상기 이행 계수에 기초하여 상기 EGR 모드의 비율을 감소시키고, 또한, 상기 이행 계수에 기초하여 상기 노멀 모드의 비율을 증가시킨 제어값으로 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 엔진.
9. 엔진 본체와,
   상기 엔진 본체의 동작을 제어하는 엔진 제어 장치와,
   상기 엔진 본체로부터 배출된 배기 가스의 일부를 재순환 가스로서 상기 엔진 본체에 재순환시키는 EGR 시스템을 구비하고,
   상기 EGR 시스템은,
   배기 가스 재순환 라인과,
   상기 배기 가스 재순환 라인을 통해서 상기 엔진 본체에 공급하는 상기 재순환 가스의 유량을 제어하는 EGR 제어 장치와,
   시간이 경과하면 감소하는 이행 계수의 정보를 출력하는 이행 계수 산출 장치를 구비하고,
   상기 이행 계수 산출 장치는, 상기 배기 가스 재순환 라인으로부터 상기 엔진 본체에 상기 재순환 가스의 공급을 정지하는 경우, 상기 이행 계수의 감소를 개시하고, 또한, 상기 이행 계수의 정보를 상기 EGR 제어 장치 및 상기 엔진 제어 장치에 송신하고,
   상기 엔진 제어 장치는, 상기 이행 계수에 기초하여 동작을 제어하고,
   상기 EGR 제어 장치는, 상기 이행 계수에 기초하여, 상기 재순환 가스의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진.
10. 엔진 본체의 동작을 제어하는 엔진 본체 제어 공정과,
    상기 엔진 본체로부터 배출된 배기 가스의 일부를 재순환 가스로 하는 EGR 모드로 전환 가능함과 함께, 상기 EGR 모드에 있어서는 상기 재순환 가스의 유량을 조정하여 상기 엔진 본체에 공급하는 EGR 제어 공정을 구비하는 엔진 제어 방법으로서,
    시간이 경과하면 증가하는 이행 계수의 정보를 출력하는 이행 계수 산출 공정과,
    상기 EGR 모드를 개시하는 경우, 상기 이행 계수 산출 공정에 의해 출력된 상기 이행 계수의 증가를 개시하고, 또한, 상기 이행 계수에 기초하여, 상기 엔진 본체의 동작 및 상기 재순환 가스의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.

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