WO2017159139A1 - Ｅｇｒシステム - Google Patents

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WO2017159139A1
WO2017159139A1 PCT/JP2017/004775 JP2017004775W WO2017159139A1 WO 2017159139 A1 WO2017159139 A1 WO 2017159139A1 JP 2017004775 W JP2017004775 W JP 2017004775W WO 2017159139 A1 WO2017159139 A1 WO 2017159139A1
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WO
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limit value
egr
frequency
exhaust gas
blower
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/004775
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English (en)
French (fr)
Inventor
中川　貴裕
和久 伊藤
晃洋 三柳
Original Assignee
三菱重工業株式会社
株式会社ジャパンエンジンコーポレーション
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Filing date
Publication date
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Priority to CN201780004056.6A priority patent/CN108779744B/zh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D21/00—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas
    • F02D21/06—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air
    • F02D21/08—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air the other gas being the exhaust gas of engine
    • 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
    • F02M26/34—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with compressors, turbines or the like in the recirculation passage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/06—Low pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust downstream of the turbocharger turbine and reintroduced into the intake system upstream of the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • F02M26/45—Sensors specially adapted for EGR systems
    • F02M26/46—Sensors specially adapted for EGR systems for determining the characteristics of gases, e.g. composition

Definitions

  • the present invention relates to an EGR system that supplies engine exhaust gas to an engine.
  • An exhaust gas recirculation (EGR) system is one that reduces NOx in the exhaust gas emitted from the engine.
  • This EGR system is to return a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine to the combustion chamber as a combustion gas (for example, Patent Document 1). Therefore, the combustion gas has a reduced oxygen concentration, and the combustion temperature is reduced by delaying the rate of combustion, which is the reaction between the fuel and oxygen, whereby the amount of NOx generation can be reduced.
  • the present invention solves the above-mentioned problems, and provides an EGR system capable of supplying an appropriate amount of exhaust gas to the engine and operating the engine under better conditions even in the state of supplying recirculated gas.
  • the purpose is to
  • the present invention for achieving the above object is an EGR system, comprising: an exhaust gas recirculation line for recirculating a part of exhaust gas discharged from an engine body to the engine body as a combustion gas; and the exhaust gas recirculation And an EGR blower provided in a line, and a control device for controlling the flow rate of the exhaust gas supplied to the engine body via the exhaust gas recirculation line, the control device comprising: the number of revolutions of the engine body and the EGR A first limit value of the frequency of the EGR blower is determined based on the frequency of the blower, and the frequency of the EGR blower is operated below the first limit value.
  • the EGR system sets the first limit value based on the number of revolutions of the engine body, and makes the frequency of the EGR blower equal to or less than the first limit value, so that the variation of the number of revolutions of the engine body is small. Even if the load etc. changes, the rotational speed of the EGR blower can be suppressed from rising. As a result, it is possible to suppress the supply of an excessive amount of exhaust gas to the engine body, and to suppress the extreme deterioration of the operating state of the engine.
  • control device determines a second limit value of the frequency of the EGR blower based on the fuel input amount of the engine body and the frequency of the EGR blower, and the frequency of the EGR blower is equal to or less than the second limit value. It is preferable to operate at By setting the second limit value based on the amount of injected fuel, the number of revolutions of the EGR blower increases even if other conditions change and the load or the like changes while the fluctuation of the amount of injected fuel is small. Can be suppressed. As a result, it is possible to suppress the supply of an excessive amount of exhaust gas to the engine body, and to suppress an extreme deterioration of the operating state of the engine body.
  • control device determines a third limit value of the frequency of the EGR blower based on the load of the engine body and the frequency of the EGR blower, and operates the frequency of the EGR blower below the third limit value. It is preferable to do.
  • the third limit value based on the load, it is possible to suppress the increase in the rotational speed of the EGR blower even when the other conditions change and the rotational speed changes with a small change in the load. .
  • the control apparatus may further include an oxygen concentration detection unit that measures an oxygen concentration of the combustion gas supplied to the engine body, and the control device may determine the oxygen concentration based on the relationship between the load of the engine body and the target value of the oxygen concentration.
  • the target value of oxygen concentration is calculated, and the frequency of the EGR blower is calculated based on the relationship between the calculated target value of oxygen concentration and the measurement result of the oxygen concentration detection unit and the current frequency of the EGR blower.
  • the frequency of the EGR blower exceeds the limit value, it is preferable to set the calculated frequency of the EGR blower as the limit value.
  • the oxygen concentration of the air supplied to the engine body is controlled and the limit value is exceeded, the amount of exhaust gas supplied is limited as the frequency below the limit value to supply excess exhaust gas to the engine body. While suppressing the generation of nitrogen oxides, the oxygen concentration can be reduced.
  • an appropriate amount of exhaust gas can be supplied to the engine, and the engine can be operated under better conditions even when exhaust gas is supplied.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a diesel engine provided with the EGR system of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram showing the EGR system of the present embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the EGR control device.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the engine speed and the limit value of the blower frequency.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the amount of injected fuel and the limit value of the blower frequency.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the load and the limit value of the blower frequency.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of operation control of the blower.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of the method of setting the limit value.
  • FIG. 9 is a graph showing an example of the operation when the limit value of only the load is used.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a diesel engine provided with an EGR system
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an EGR system.
  • the marine diesel engine 10 of the present embodiment includes an engine body (engine) 11, a supercharger 12, and an EGR system 13.
  • the engine body 11 is a propulsion engine (main engine) that drives and rotates a propulsion propeller via a propeller shaft.
  • the engine body 11 is a uniflow scavenging diesel engine, which is a two-stroke diesel engine, in which the flow of intake and exhaust in the cylinder is one direction from the lower side to the upper side, and the residual of the exhaust is eliminated. It is.
  • the engine body 11 includes a plurality of cylinders (combustion chambers) 21 in which pistons move up and down, a scavenging air trunk 22 in communication with the cylinders 21, and an exhaust manifold 23 in communication with the cylinders 21.
  • the scavenging ports 24 are provided between the cylinders 21 and the scavenging trunk 22, and the exhaust flow path 25 is provided between the cylinders 21 and the exhaust manifold 23.
  • the engine body 11 has the scavenging air trunk 22 connected to the air supply line G1 and the exhaust manifold 23 connected to the exhaust line G2.
  • the engine body 11 is provided with a rotation speed detection unit 62 and a fuel injection amount detection unit 64.
  • the rotation speed detection unit 62 detects the rotation speed of the engine main body 11 (the rotation speed of the rotation shaft connected to the propeller shaft).
  • the rotation speed detection unit 62 may detect the rotation speed of the rotation shaft inserted in the engine main body 11, or may detect the rotation speed of the propeller shaft.
  • the fuel input amount detection unit 64 detects the fuel input amount of the engine body 11.
  • the engine control device 26 controls the operation of the engine body 11.
  • the engine control device 26 controls the operation of the engine main body 11 based on various input conditions such as a required load and results detected by various sensors such as the rotation speed detection unit 62 and the fuel input amount detection unit 64.
  • the engine control device 26 controls the injection timing and the injection amount of the fuel to the cylinder 21 to control the amount of injected fuel and the number of revolutions of the engine body 11.
  • the engine control device 26 controls the output of the engine main body 11 by controlling the amount of injected fuel and the number of revolutions.
  • the turbocharger 12 is configured by connecting a compressor 31 and a turbine 32 so as to rotate integrally with a rotating shaft 33.
  • the turbine 32 is rotated by the exhaust gas discharged from the exhaust line G2 of the engine body 11, the rotation of the turbine 32 is transmitted by the rotation shaft 33, and the compressor 31 is rotated. And / or compresses the recirculated gas and supplies it to the engine body 11 from the air supply line G1.
  • the compressor 31 is connected to a suction line G6 for drawing air from the outside (atmosphere).
  • the turbocharger 12 is connected to an exhaust line G3 for discharging the exhaust gas that has rotated the turbine 32, and the exhaust line G3 is connected to a chimney (funnel) not shown. Further, an EGR system 13 is provided between the exhaust line G3 and the air supply line G1.
  • the EGR system 13 includes exhaust gas recirculation lines G4, G5, G7, a scrubber 42, a demister unit 14, an EGR blower (blower) 47, and an EGR control device 60.
  • the EGR system 13 mixes a part of the exhaust gas discharged from the engine body 11 with air, and then compresses it by the turbocharger 12 and recycles it to the marine diesel engine 10 as a gas for combustion, thereby causing NOx by combustion. Control the generation of
  • a part of the exhaust gas is extracted from the downstream side of the turbine 32, a part of the exhaust gas may be extracted from the upstream side of the turbine 32.
  • the exhaust gas is discharged from the engine main body 11 to the exhaust line G2 and then discharged to the outside from the exhaust line G3, and the recycle gas is separated from the exhaust line G3.
  • a part of the exhaust gas is returned to the engine main body 11 by the exhaust gas recirculation lines G4, G5 and G7.
  • the exhaust gas recirculation line G4 is connected to the middle of the exhaust line G3.
  • the exhaust gas recirculation line G4 is provided with an EGR inlet valve (opening / closing valve) 41A, and the other end is connected to the scrubber 42.
  • the EGR inlet valve 41A opens / closes the exhaust gas branched from the exhaust line G3 to the exhaust gas recirculation line G4 by opening / closing the exhaust gas recirculation line G4.
  • the EGR inlet valve 41A may be used as a flow rate adjusting valve to adjust the flow rate of the exhaust gas passing through the exhaust gas recirculation line G4.
  • the scrubber 42 is a Venturi-type scrubber, and includes a hollow throat 43, a venturi 44 into which exhaust gas is introduced, and an enlarged portion 45 that gradually returns to the original flow velocity.
  • the scrubber 42 includes a water injection unit 46 that injects water to the exhaust gas introduced into the venturi unit 44.
  • the scrubber 42 is connected to an exhaust gas recirculation line G5 for discharging an exhaust gas from which harmful substances such as SOx and particulates (PM) such as dust and the like have been removed and waste water containing the harmful substances.
  • a Venturi type is employ
  • the exhaust gas recirculation line G5 is provided with a demister unit 14 and an EGR blower 47.
  • the demister unit 14 separates the recycled gas and the waste water from which harmful substances have been removed by water injection.
  • the demister unit 14 is provided with a drainage circulation line W1 that circulates the drainage to the water injection unit 46 of the scrubber 42.
  • the drainage circulation line W1 is provided with a hold tank 49 and a pump 50 for temporarily storing mist (drainage).
  • the EGR blower 47 guides the recirculation gas in the scrubber 42 to the demister unit 14 from the exhaust gas recirculation line G5.
  • the EGR blower 47 sends the exhaust gas that has passed through the demister unit 14 to the compressor 31.
  • the exhaust gas recirculation line G7 has one end connected to the EGR blower 47 and the other end connected to the compressor 31 via a mixer (not shown), and the exhaust gas is sent to the compressor 31 by the EGR blower 47.
  • the exhaust gas recirculation line G7 is provided with an EGR outlet valve (on-off valve or flow control valve) 41B.
  • the air from the suction line G6 and the recirculation gas from the exhaust gas recirculation line G7 are mixed in a mixer to generate a combustion gas.
  • this mixer may be provided separately from the silencer, or the silencer may be configured to have a function of mixing the recirculation gas and air without separately providing a mixer.
  • the supercharger 12 can supply the combustion gas compressed by the compressor 31 from the air supply line G1 to the engine body 11, and an air cooler (cooler) 48 is provided on the air supply line G1.
  • the air cooler 48 cools the combustion gas by exchanging heat between the combustion gas compressed by the compressor 31 and having a high temperature and the cooling water.
  • an oxygen concentration detection unit 66 is disposed in the air supply line G1.
  • the oxygen concentration detection unit 66 of the present embodiment is disposed closer to the engine body 11 than the air cooler 48.
  • the oxygen concentration detection unit 66 detects the oxygen concentration of the air supplied to the engine body 11, that is, the oxygen concentration of the combustion gas when the EGR system 13 is in operation.
  • the EGR control device 60 controls the operation of each part of the EGR system 13.
  • the EGR control device 60 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the EGR control device.
  • the EGR control device 60 includes a rotation speed acquisition unit 72, a fuel input amount acquisition unit 74, an oxygen concentration acquisition unit 76, an EGR control unit 78, and a limit value setting unit 80.
  • the rotation speed acquisition unit 72 acquires information on the rotation speed of the engine main body 11 from the rotation speed detection unit 62.
  • the fuel injection amount acquisition unit 74 acquires information on the fuel injection amount of the engine body 11 from the fuel injection amount detection unit 64.
  • the oxygen concentration acquisition unit 76 acquires information on the oxygen concentration of the combustion gas supplied from the oxygen concentration detection unit 66 to the engine body 11.
  • the rotation speed acquisition unit 72, the fuel input amount acquisition unit 74, and the oxygen concentration acquisition unit 76 send the acquired information to the EGR control unit 78 and the limit value setting unit 80.
  • the EGR control unit 78 is supplied to the engine main body 11 with the number of rotations and fuel input of the engine main body 11 acquired by the rotational speed acquisition unit 72, the fuel input amount acquisition unit 74, and the oxygen concentration acquisition unit 76. Based on the oxygen concentration of air, the operating state of the EGR blower 47, specifically, the frequency of the motor that rotates the compressor 31 is controlled to control the amount of recirculated gas supplied from the EGR system 13 to the engine main body 11 Do.
  • the EGR control unit 78 stores the relationship between the load of the engine main body 11 and the target value of the oxygen concentration, and calculates the target value of the oxygen concentration according to the load. According to the relationship between the load of the engine body 11 and the target value of the oxygen concentration, the oxygen concentration decreases as the load increases.
  • the EGR control unit 78 calculates the load (output) of the engine body 11 based on the number of revolutions of the engine body 11 and the amount of injected fuel.
  • the EGR control unit 78 calculates the target value of the oxygen concentration based on the relationship between the load of the engine body 11 and the target value of the oxygen concentration, and the relationship between the calculated target value of the oxygen concentration and the obtained oxygen concentration and the present
  • the frequency (operating frequency) of the EGR blower 47 is calculated based on the frequency of the EGR blower 47.
  • the EGR control unit 78 rotates the EGR blower 47 at the calculated frequency of the EGR blower 47.
  • the EGR control unit 78 rotates the EGR blower 47 at the frequency of the limit value.
  • the EGR control unit 78 of the present embodiment controls the frequency of the motor of the EGR blower 47, it may control the rotational speed of the motor and control the rotational speed of the compressor 31.
  • the EGR control unit 78 also controls the components other than the EGR blower 47, for example, the opening and closing of the EGR inlet valve 41A and the EGR outlet valve 41B, the operation of the scrubber 42, and the operation of the air cooler 48.
  • the limit value setting unit 80 sets a limit value which is the upper limit value of the frequency of the EGR blower 47.
  • the limit value setting unit 80 includes a limit value determination unit 90, a first limit value calculation unit 92, a second limit value calculation unit 94, and a third limit value calculation unit 96.
  • the limit value determination unit 90 compares the values calculated by each of the first limit value calculation unit 92, the second limit value calculation unit 94, and the third limit value calculation unit 96, and determines the limit value from the comparison result. Decide. Specifically, the limit determination unit 90 calculates the first limit value and the second limit value calculated by the first limit value calculation unit 92, the second limit value calculation unit 94, and the third limit value calculation unit 96, respectively. Compare the limit value and the third limit value, and use it as the limit value (application limit value) to which the lowest limit value is applied.
  • the first limit value calculator 92 stores the relationship between the number of revolutions of the engine body 11 and the first limit value which is the limit value of the frequency of the EGR blower 47.
  • the first limit value increases as the rotational speed of the engine body 11 increases.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the rotational speed of the engine body 11 and the limit value of the blower frequency.
  • the vertical axis is the blower frequency
  • the horizontal axis is the rotational speed of the engine body 11.
  • the first limit value calculation unit 92 sets the EGR blower set for the rotation speed acquired by the rotation speed acquisition unit 72 based on the relationship shown in FIG. 4 and the rotation speed acquired by the rotation speed acquisition unit 72.
  • the limit value of the frequency of is determined as the first limit value.
  • the second limit value calculation unit 94 stores the relationship between the fuel input amount (LI) of the engine body 11 and the second limit value which is the limit value of the frequency of the EGR blower 47.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the fuel input amount of the engine body 11 and the limit value of the blower frequency.
  • the vertical axis is the blower frequency
  • the horizontal axis is the fuel input amount.
  • the second limit value calculation unit 94 is set based on the relationship shown in FIG. 5 and the fuel injection amount acquired by the fuel injection amount acquisition unit 74 with respect to the fuel injection amount acquired by the fuel injection amount acquisition unit 74
  • the limit value of the frequency of the existing EGR blower is determined as the second limit value.
  • the third limit value calculator 96 stores the relationship between the load of the engine body 11 and the third limit value which is the limit value of the frequency of the EGR blower 47.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the load of the engine body 11 and the limit value of the blower frequency.
  • the vertical axis is the blower frequency
  • the horizontal axis is the load.
  • the third limit value calculation unit 96 calculates the load of the engine main body 11 based on the rotation speed acquired by the rotation speed acquisition unit 72 and the fuel injection amount acquired by the fuel injection amount acquisition unit 74.
  • the third limit value calculator 96 determines the limit value of the frequency of the EGR blower set for the calculated load as the third limit value based on the relationship shown in FIG. 6 and the calculated load.
  • the engine body 11 when the combustion gas is supplied from the scavenging trunk 22 into the cylinder 21, the combustion gas is compressed by the piston, and fuel is stored for the high temperature combustion gas. Spontaneous ignition and combustion by injection. Then, the generated combustion gas is discharged from the exhaust manifold 23 to the exhaust line G2 as an exhaust gas.
  • the exhaust gas discharged from the engine body 11 is discharged to the exhaust line G3 after rotating the turbine 32 in the turbocharger 12, and when the EGR inlet valve 41A and the EGR outlet valve 41B are closed, the entire amount is the exhaust line It is discharged to the outside from G3.
  • a scrubber 42 removes harmful substances from the recycle gas that has flowed to the exhaust gas recirculation line G4. That is, when the recirculating gas passes through the venturi portion 44 at high speed, the scrubber 42 injects water from the water injecting portion 46, thereby cooling the recirculating gas with the water and causing harmful substances to fall together with the water. Remove. Then, the mist (drainage) containing the harmful substance flows into the demister unit 14 together with the recycle gas.
  • the recycle gas from which harmful substances have been removed by the scrubber 42 is discharged to the exhaust gas recirculation line G5, and after the mist (drainage) is separated by the demister unit 14, it is sent to the turbocharger 12 by the exhaust gas recirculation line G7. . Then, this recirculated gas is mixed with air taken in from the suction line G6 to become a combustion gas, compressed by the compressor 31 of the supercharger 12, then cooled by the air cooler 48, and from the air supply line G1 to the engine It is supplied to the main body 11.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of operation control of the blower. The process shown in FIG. 7 can be realized by the EGR control device 60 controlling the operation of each part.
  • the EGR control device 60 acquires information on the operating state of the engine body 11 (step S12). Specifically, the rotation speed acquisition unit 72 acquires the rotation speed, the fuel injection amount acquisition unit 74 acquires the fuel input amount, and the oxygen concentration acquisition unit 76 acquires the oxygen (O 2 ) concentration.
  • the EGR control device 60 determines the operating frequency of the EGR blower 47 based on the operating state (step S14). As described above, the EGR control device 60 calculates the load (output) of the engine body 11 based on the number of revolutions of the engine body 11 and the amount of injected fuel. The EGR control unit 78 calculates the target value of the oxygen concentration based on the relationship between the load of the engine body 11 and the target value of the oxygen concentration, and the relationship between the calculated target value of the oxygen concentration and the obtained oxygen concentration and the present The frequency (operating frequency) of the EGR blower 47 is calculated on the basis of the frequency of the EGR blower.
  • the EGR control device 60 determines the limit value based on the operating state (step S16).
  • the process of step S14 and the process of step S16 may be performed in parallel or in the reverse order.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of the method of setting the limit value.
  • the process of FIG. 8 can be realized by the limit value setting unit 80 of the EGR control device 60 executing various processes.
  • the limit value setting unit 80 causes the first limit value calculation unit 92 to calculate a first limit value based on the number of revolutions of the engine body 11 (step S32).
  • the limit value setting unit 80 causes the second limit value calculation unit 94 to calculate a second limit value based on the fuel input amount of the engine body 11 (step S34).
  • the limit value setting unit 80 causes the third limit value calculation unit 96 to calculate a third limit value based on the load of the engine body 11 (step S36).
  • the limit value setting unit 80 determines the limit value having the smallest value among the calculated first limit value, second limit value and third limit value as the limit value (limit value to be applied) (step S38).
  • the EGR control device 60 determines whether the operating frequency is less than the limit value (step S18). When it is determined that the operating frequency is less than the limit value (Yes in step S18), the EGR control device 60 operates the EGR blower 47 at the operating frequency (step S20). That is, the ERG control device 60 operates the EGR blower 47 at the operating frequency calculated based on the operating state. When it is determined that the operating frequency ⁇ ⁇ ⁇ the limit value (No in step S18), the EGR control device 60 operates the EDR blower 47 at the frequency of the limit value (step S22). That is, the EGR control device 60 operates the EGR blower 47 at a frequency of a lower limit value than the operating frequency calculated based on the operating state.
  • the EGR control device 60 sets the limit value by the limit value setting unit 80, so that the operating frequency calculated by the EGR control unit 78 is an excessive amount of recirculated gas with respect to the actual operating condition of the engine main body 11.
  • the limit value which is a value smaller than the value.
  • the EGR control device 60 supplies an excessive amount of recirculation gas to the actual operating condition of the engine main body 11 by calculating the first limit value based on the number of revolutions of the engine main body 11 Can be suppressed more reliably.
  • FIG. 9 is a graph showing an example of the operation when the limit value of only the load is used.
  • the line segment 100 represents the load (calculated horsepower) of the engine body 11
  • the line segment 102 represents the number of revolutions of the engine body 11
  • the line segment 104 represents the amount of fuel injected into the engine body 11.
  • the load of the engine body 11 is not a load detected directly by a sensor, but is a value calculated from the number of rotations and the amount of injected fuel.
  • control is performed using only the limit value of the load, that is, only the third limit value.
  • the third limit value increases as the load increases.
  • the operating frequency calculated when the load is increased becomes smaller than the limit value, and the EGR blower 47 is operated at the increased operating frequency corresponding to the calculated increase of the load.
  • the EGR blower 47 is operated at the increased operating frequency, the amount of recirculated gas supplied to the engine main body 11 increases, and the combustion conditions in the engine main body 11 deteriorate, so that the rotational speed is maintained.
  • An operating condition at which the amount of fuel input increases is calculated. As the fuel input amount increases, the newly calculated operating condition also increases the limit value accordingly, the operating frequency becomes lower than the limit value, and the supply amount of the recirculation gas increases.
  • the operating frequency is not limited by the limit value, and the supply amount of recirculation gas supplied from the EGR system 13 increases, and the rotation speed is maintained in that state Therefore, the process of increasing the amount of fuel input is repeated.
  • the EGR control device 60 of the present embodiment when the detection of the operating state becomes inappropriate and the amount of the recirculated gas supplied by the EGR system 13 increases, the combustion conditions in the engine body 11 deteriorate. Therefore, even when the amount of fuel input increases to maintain the rotational speed, by using the first limit value for the rotational speed, at a time point where there is an operating frequency that becomes a large value corresponding to the increase in the amount of fuel input. The value becomes larger than the first limit value, and at that time, it is possible to suppress the increase in the frequency of the EGR blower 47. Thereby, it can suppress that the quantity of the recirculation gas supplied to the engine main body 11 increases, and can suppress that the driving
  • the EGR control device 60 supplies an excessive amount of recirculation gas to the actual operating condition of the engine main body 11 by calculating the second limit value based on the fuel input amount of the engine main body. Can be suppressed more reliably. For example, it is possible to suppress an increase in the rotational speed of the EGR blower 47 even when other conditions change and the load or the like changes in a state where the fluctuation of the fuel input amount is small. More specifically, when the ship is moving easily, for example, when the load is light or traveling along a tidal current, the number of revolutions increases even with a small amount of fuel input, and the load is calculated to be high.
  • the EGR control device 60 calculates the third limit value based on the load of the engine body 11 to supply an excessive amount of recirculated gas with respect to the actual operating condition of the engine body 11. This can be suppressed more reliably. For example, it is possible to suppress an increase in the number of revolutions of the EGR blower 47 even when other conditions change and the amount of injected fuel or the like changes while the load fluctuation is small. As a result, it is possible to suppress the supply of an excessive amount of recirculated gas to the engine main body 11, and to suppress the extreme deterioration of the operating state of the engine main body 11.
  • the EGR control device 60 of the present embodiment compares the first limit value, the second limit value, and the third limit value, and uses the lowest value as the limit value, but the present invention is not limited to this.
  • the EGR control device 60 preferably uses both the first limit value and the second limit value, but may use only the first limit value. Further, the EGR control device 60 may use only the second limit value.
  • the EGR control device 60 calculates the target value of the oxygen concentration based on the relationship between the load of the engine main body 11 and the target value of the oxygen concentration, and the calculated target value of the oxygen concentration and the measurement of the oxygen concentration detection unit 66 By calculating the frequency (operating frequency) of the EGR blower 47 based on the relationship with the result and the current frequency of the EGR blower 47, the O 2 concentration of the air-fuel mixture supplied to the engine main body 11 is made an appropriate concentration And the generation of nitrogen oxides can be reduced. Further, when the calculated frequency of the EGR blower 47 exceeds the limit value, the EGR control device 60 sets the calculated frequency of the EGR blower 47 as the limit value, as described above, to supply the air to the engine.
  • the amount of recycle gas supplied is limited as the frequency below the limit value while controlling the oxygen concentration of the engine body 11 to suppress the supply of excess recycle gas to the engine main body 11 At the same time, the oxygen concentration can be reduced to suppress the generation of nitrogen oxides.
  • main engine as a marine diesel engine, it is applicable also to the diesel engine used as a generator.

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Abstract

エンジンを適切に稼動させることができるＥＧＲシステムを提供する。ＥＧＲシステムは、エンジン本体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本体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本体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、エンジン本体の回転数とＥＧＲブロワの周波数に基づいて、ＥＧＲブロワの周波数の第１リミット値を決定し、ＥＧＲブロワの周波数を第１リミット値以下で運転する。

Description

ＥＧＲシステム
　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
　ここで、ＥＧＲシステムを有する燃焼機器は、ＥＧＲシステムからエンジンに排ガスが過剰に供給されるとエンジンでの燃焼条件の低下が大きくなり、燃料の不完全燃焼が生じる恐れがある。
　本発明は上述した課題を解決するものであり、エンジンに適切な量の排ガスを供給することができ、再循環ガスを供給する状態でもエンジンをより良い条件で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、エンジン本体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本体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本体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、前記エンジン本体の回転数と前記ＥＧＲブロワの周波数に基づいて、前記ＥＧＲブロワの周波数の第１リミット値を決定し、前記ＥＧＲブロワの周波数を前記第１リミット値以下で運転することを特徴とする。
　ＥＧＲシステムは、エンジン本体の回転数に基づいて第１リミット値を設定し、ＥＧＲブロワの周波数を第１リミット値以下にすることで、エンジン本体の回転数の変動が小さい状態で、他の条件が変化し、負荷等が変化した場合でも、ＥＧＲブロワの回転数が上昇することを抑制できる。これにより、エンジン本体に過剰な量の排ガスを供給することを抑制でき、エンジンの運転状態が極端に悪化することを抑制することができる。
　また、前記制御装置は、前記エンジン本体の燃料投入量と前記ＥＧＲブロワの周波数に基づいて、前記ＥＧＲブロワの周波数の第２リミット値を決定し、前記ＥＧＲブロワの周波数を前記第２リミット値以下で運転することが好ましい。燃料投入量に基づいて第２リミット値を設定することで、燃料投入量の変動が小さい状態で、他の条件が変化し、負荷等が変化した場合でも、ＥＧＲブロワの回転数が上昇することを抑制できる。これにより、エンジン本体に過剰な量の排ガスを供給することを抑制でき、エンジン本体の運転状態が極端に悪化することを抑制することができる。
　また、前記制御装置は、前記エンジン本体の負荷と前記ＥＧＲブロワの周波数に基づいて、前記ＥＧＲブロワの周波数の第３リミット値を決定し、前記ＥＧＲブロワの周波数を前記第３リミット値以下で運転することが好ましい。負荷に基づいて第３リミット値を設定することで、負荷の変動が小さい状態で、他の条件が変化し、回転数等が変化した場合でも、ＥＧＲブロワの回転数が上昇することを抑制できる。これにより、エンジン本体に過剰な量の排ガスを供給することを抑制でき、エンジン本体の運転状態が極端に悪化することを抑制することができる。
　また、前記エンジン本体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、前記エンジン本体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し、算出した前記ＥＧＲブロワの周波数が、リミット値を超える場合、前記算出した前記ＥＧＲブロワの周波数を前記リミット値とすることが好ましい。エンジン本体に供給する空気の酸素濃度を制御しつつ、リミット値を超える場合は、リミット値以下の周波数として、供給する排ガスの量を制限することで、エンジン本体に過剰な排ガスを供給することを抑制しつつ、酸素濃度を低減して窒素酸化物の発生を抑制することができる。
　本発明によれば、エンジンに適切な量の排ガスを供給することができ、排ガスを供給する状態でもエンジンをより良い条件で稼動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、エンジン回転数とブロワ周波数のリミット値との関係を示すグラフである。 図５は、燃料投入量とブロワ周波数のリミット値との関係を示すグラフである。 図６は、負荷とブロワ周波数のリミット値との関係を示すグラフである。 図７は、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８は、リミット値の設定方法の一例を示すフローチャートである。 図９は、負荷のみのリミット値を用いた場合の動作の一例を示すグラフである。
　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２１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、エンジン本体１１から排出された排ガスの一部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、排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に導入された排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排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、ミスト（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１４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により排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、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、リミット値設定部８０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とリミット値設定部８０とに送る。
　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３１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、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。エンジン本体１１の負荷と酸素濃度の目標値との関係は、負荷が大きくなるほど、酸素濃度が低くなる。ＥＧＲ制御部７８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。ＥＧＲ制御部７８は、エンジン本体１１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４７の周波数（運転周波数）を算出する。ＥＧＲ制御部７８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。ＥＧＲ制御部７８は、算出したＥＧＲブロワ４７の周波数が、リミット値設定部８０で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。本実施形態のＥＧＲ制御部７８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３１の回転数を制御してもよい。なお、ＥＧＲ制御部７８は、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。
　リミット値設定部８０は、ＥＧＲブロワ４７の周波数の上限値であるリミット値を設定する。リミット値設定部８０は、リミット値決定部９０と、第１リミット値算出部９２と、第２リミット値算出部９４と、第３リミット値算出部９６と、を有する。リミット値決定部９０は、第１リミット値算出部９２と、第２リミット値算出部９４と、第３リミット値算出部９６と、のそれぞれで算出した値を比較して、比較結果からリミット値を決定する。具体的には、リミット決定部９０は、第１リミット値算出部９２と、第２リミット値算出部９４と、第３リミット値算出部９６と、のそれぞれで算出した第１リミット値、第２リミット値及び第３リミット値を比較して、最も低い値のリミット値を適用するリミット値（適用リミット値）とする。
　第１リミット値算出部９２は、図４に示すように、エンジン本体１１の回転数とＥＧＲブロワ４７の周波数のリミット値である第１リミット値との関係を記憶している。第１リミット値は、エンジン本体１１の回転数が高くなるほど高くなる。図４は、エンジン本体１１の回転数とブロワ周波数のリミット値との関係を示すグラフである。図４は、縦軸がブロワ周波数であり、横軸がエンジン本体１１の回転数である。第１リミット値算出部９２は、図４に示す関係と、回転数取得部７２で取得した回転数とに基づいて、回転数取得部７２で取得した回転数に対して設定されているＥＧＲブロワの周波数のリミット値を第１リミット値に決定する。
　第２リミット値算出部９４は、図５に示すように、エンジン本体１１の燃料投入量（ＬＩ）とＥＧＲブロワ４７の周波数のリミット値である第２リミット値との関係を記憶している。図５は、エンジン本体１１の燃料投入量とブロワ周波数のリミット値との関係を示すグラフである。図５は、縦軸がブロワ周波数であり、横軸が燃料投入量である。第２リミット値算出部９４は、図５に示す関係と燃料投入量取得部７４で取得した燃料投入量とに基づいて、燃料投入量取得部７４で取得した燃料投入量に対して設定されているＥＧＲブロワの周波数のリミット値を第２リミット値に決定する。
　第３リミット値算出部９６は、図６に示すように、エンジン本体１１の負荷とＥＧＲブロワ４７の周波数のリミット値である第３リミット値との関係を記憶している。図６は、エンジン本体１１の負荷とブロワ周波数のリミット値との関係を示すグラフである。図６は、縦軸がブロワ周波数であり、横軸が負荷である。第３リミット値算出部９６は、回転数取得部７２で取得した回転数と燃料投入量取得部７４で取得した燃料投入量とに基づいてエンジン本体１１の負荷を算出する。第３リミット値算出部９６は、図６に示す関係と算出した負荷とに基づいて、算出した負荷に対して設定されているＥＧＲブロワの周波数のリミット値を第３リミット値に決定する。
　以下、本実施形態のＥＧＲシステム１３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、再循環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、有害物質を含むミスト（排水）は、再循環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７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７は、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７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、エンジン本体１１の運転状態の情報を取得する（ステップＳ１２）。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、酸素濃度取得部７６で酸素（Ｏ２）濃度を取得する。
　ＥＧＲ制御装置６０は、運転状態に基づいて、ＥＧＲブロワ４７の運転周波数を決定する（ステップＳ１４）。ＥＧＲ制御装置６０は、上述したように、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。ＥＧＲ制御部７８は、エンジン本体１１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ブロワの周波数とに基づいて、ＥＧＲブロワ４７の周波数（運転周波数）を算出する。
　ＥＧＲ制御装置６０は、運転周波数を算出したら、運転状態に基づいてリミット値を決定する（ステップＳ１６）。なお、ステップＳ１４の処理とステップＳ１６の処理は、並列で実行しても、逆の順番で実行してもよい。
　図８を用いて、ステップＳ１６のリミット値の決定処理について説明する。図８は、リミット値の設定方法の一例を示すフローチャートである。図８の処理は、ＥＧＲ制御装置６０のリミット値設定部８０が各種処理を実行することで実現することができる。リミット値設定部８０は、第１リミット値算出部９２がエンジン本体１１の回転数に基づいて第１リミット値を算出する（ステップＳ３２）。リミット値設定部８０は、第２リミット値算出部９４がエンジン本体１１の燃料投入量に基づいて第２リミット値を算出する（ステップＳ３４）。リミット値設定部８０は、第３リミット値算出部９６がエンジン本体１１の負荷に基づいて第３リミット値を算出する（ステップＳ３６）。リミット値設定部８０は、算出した第１リミット値、第２リミット値及び第３リミット値のうち、値が最も小さいリミット値をリミット値（適用するリミット値）に決定する（ステップＳ３８）。
　図７に戻り、ＥＧＲ制御装置６０の処理について説明する。ＥＧＲ制御装置６０は、リミット値を決定した場合、運転周波数＜リミット値であるかを判定する（ステップＳ１８）。ＥＧＲ制御装置６０は、運転周波数＜リミット値である（ステップＳ１８でＹｅｓ）と判定した場合、運転周波数でＥＧＲブロワ４７を運転する（ステップＳ２０）。つまり、ＥＲＧ制御装置６０は、運転状態に基づいて算出した運転周波数でＥＧＲブロワ４７を運転する。ＥＧＲ制御装置６０は、運転周波数≧リミット値である（ステップＳ１８でＮｏ）と判定した場合、リミット値の周波数でＥＤＲブロワ４７を運転する（ステップＳ２２）。つまり、ＥＧＲ制御装置６０は、運転状態に基づいて算出した運転周波数よりも低いリミット値の周波数でＥＧＲブロワ４７を運転する。
　ＥＧＲ制御装置６０は、リミット値設定部８０でリミット値を設定することで、ＥＧＲ制御部７８で算出した運転周波数が、実際のエンジン本体１１の運転状態に対して、過剰な量の再循環ガスを供給する運転周波数となった場合に、その値よりも小さい値であるリミット値とすることができる。これにより、実際のエンジン本体１１の運転状態に対して、過剰な量の再循環ガスを供給することを抑制することができる。
　また、ＥＧＲ制御装置６０は、エンジン本体１１の回転数に基づいて第１リミット値を算出することで、実際のエンジン本体１１の運転状態に対して、過剰な量の再循環ガスを供給することをより確実に抑制することができる。
　ここで、図９は、負荷のみのリミット値を用いた場合の動作の一例を示すグラフである。図９は、線分１００がエンジン本体１１の負荷（算出馬力）であり、線分１０２がエンジン本体１１の回転数であり、線分１０４がエンジン本体１１への燃料投入量である。なお、エンジン本体１１の負荷は、負荷をセンサで直接検出したものではなく、回転数と燃料投入量から算出される値である。図９に示す例は、負荷のみのリミット値、つまり第３リミット値のみを用いて制御を行っている。ここで、第３リミット値は、負荷が高くなるとリミット値も高くなる。
　図９に示すように、何らかの原因により運転状態の検出が不適切な状態となり、ＥＧＲシステム１３で供給する再循環ガスの量が多くなると、エンジン本体１１での燃焼条件が悪化するため、回転数を維持するために燃料投入量が増加する。運転状態の検出が不適切な状態としては、一例として酸素濃度検出部６６の故障により、混合気の酸素濃度が適切に検出できない状態がある。ＥＧＲシステム１３は、燃料投入量が増加すると算出するエンジン本体１１の負荷も大きくなる。ここで、負荷が増大するとその負荷で算出されるリミット値も高くなる。そのため、負荷が増大された状態で算出された運転周波数はリミット値よりも小さくなり、算出された負荷の増大に対応して増加した運転周波数でＥＧＲブロワ４７が運転される。増加した運転周波数でＥＧＲブロワ４７が運転されると、エンジン本体１１に供給される再循環ガスの量が増加するため、エンジン本体１１での燃焼条件が悪化するため、回転数を維持するために燃料投入量が増加する運転条件が算出される。新たに算出される運転条件は、燃料投入量が増加するため、その分リミット値も高くなり、運転周波数がリミット値以下となり、再循環ガスの供給量が増加する。このように、第３リミット値のみで制御を行うと、運転周波数がリミット値で制限されず、ＥＧＲシステム１３から供給される再循環ガスの供給量が増加し、その状態で回転数を維持するため、燃料の投入量が増加する処理が繰り返される。
　これに対して、本実施形態のＥＧＲ制御装置６０は、運転状態の検出が不適切な状態となり、ＥＧＲシステム１３で供給する再循環ガスの量が多くなると、エンジン本体１１での燃焼条件が悪化するため、回転数を維持するために燃料投入量が増加した場合も、回転数に対する第１リミット値を用いることで、燃料投入量の増加に対応して大きな値になる運転周波数がある時点で第１リミット値よりも大きい値となり、その時点でＥＧＲブロワ４７の周波数の上昇を抑制することができる。これにより、エンジン本体１１に供給される再循環ガスの量が多くなることを抑制し、エンジン本体１１の運転状態が悪化することを抑制できる。
　また、ＥＧＲ制御装置６０は、エンジン本体の燃料投入量に基づいて第２リミット値を算出することで、実際のエンジン本体１１の運転状態に対して、過剰な量の再循環ガスを供給することをより確実に抑制することができる。例えば、燃料投入量の変動が小さい状態で、他の条件が変化し、負荷等が変化した場合でも、ＥＧＲブロワ４７の回転数が上昇することを抑制できる。より具体的には、船舶の速度が出やすい状態、例えば、積荷が軽い状態、潮流に沿って航行している場合は、少ない燃料投入量でも回転数が高くなり、負荷が高く算出される。この状態で回転数や負荷に基づいてエンジン本体に供給する再循環ガスの量が多くすると、燃焼する燃料が少ないため、燃焼条件が悪化する。この場合も燃料投入量でリミット値を設定することで、ＥＧＲブロワ４７の回転数が上昇することを抑制できる。これにより、エンジン本体に過剰な量の再循環ガスを供給することを抑制でき、エンジン本体の運転状態が極端に悪化することを抑制することができる。
　また、ＥＧＲ制御装置６０は、エンジン本体１１の負荷に基づいて第３リミット値を算出することで、実際のエンジン本体１１の運転状態に対して、過剰な量の再循環ガスを供給することをより確実に抑制することができる。例えば、負荷の変動が小さい状態で、他の条件が変化し、燃料投入量等が変化した場合でも、ＥＧＲブロワ４７の回転数が上昇することを抑制できる。これにより、エンジン本体１１に過剰な量の再循環ガスを供給することを抑制でき、エンジン本体１１の運転状態が極端に悪化することを抑制することができる。
　本実施形態のＥＧＲ制御装置６０は、第１リミット値と第２リミット値と第３リミット値とを比較し、最も低い値をリミット値として用いたが本発明はこれに限定されない。ＥＧＲ制御装置６０は、第１リミット値と第２リミット値との両方を用いることが好ましいが、第１リミット値のみを用いてもよい。また、ＥＧＲ制御装置６０は、第２リミット値のみを用いてもよい。それぞれのリミット値を用いることで、上述した効果を得ることができ、リミット値を組み合わせ、最小値を適用するリミット値とすることで、エンジン本体１１に過剰な量の再循環ガスを供給することを抑制でき、エンジン本体１１の運転状態が極端に悪化することをより確実に抑制することができる。
　また、ＥＧＲ制御装置６０は、エンジン本体１１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酸素濃度検出部６６の計測結果との関係と現在のＥＧＲブロワ４７の周波数とに基づいて、ＥＧＲブロワ４７の周波数（運転周波数）を算出することで、エンジン本体１１に供給する混合気のＯ２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低減することができる。また、ＥＧＲ制御装置６０は、算出したＥＧＲブロワ４７の周波数が、リミット値を超える場合、算出した前記ＥＧＲブロワ４７の周波数を前記リミット値とすることで、上述したように、エンジンに供給する空気の酸素濃度を制御しつつ、リミット値を超える場合は、リミット値以下の周波数として、供給する再循環ガスの量を制限することで、エンジン本体１１に過剰な再循環ガスを供給することを抑制しつつ、酸素濃度を低減して窒素酸化物の発生を抑制することができる。
　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
　１３　ＥＧＲシステム
　１４　デミスタユニット
　２６　エンジン制御装置
　４１Ａ　ＥＧＲ入口バルブ
　４１Ｂ　ＥＧＲ出口バルブ
　４２　スクラバ
　４７　ＥＧＲブロワ
　４８　エアクーラ（冷却器）
　６０　ＥＧＲ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
　７８　ＥＧＲ制御部
　８０　リミット値設定部
　９０　リミット値決定部
　９２　第１リミット値算出部
　９４　第２リミット値算出部
　９６　第３リミット値算出部
　１００　負荷
　１０２　回転数
　１０４　燃料投入量
　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 (4)

  1. 　エンジン本体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本体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本体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、前記エンジン本体の回転数と前記ＥＧＲブロワの周波数に基づいて、前記ＥＧＲブロワの周波数の第１リミット値を決定し、前記ＥＧＲブロワの周波数を前記第１リミット値以下で運転することを特徴とするＥＧＲシステム。
  2. 　前記制御装置は、前記エンジン本体の燃料投入量と前記ＥＧＲブロワの周波数に基づいて、前記ＥＧＲブロワの周波数の第２リミット値を決定し、前記ＥＧＲブロワの周波数を前記第２リミット値以下で運転することを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲシステム。
  3. 　前記制御装置は、前記エンジン本体の負荷と前記ＥＧＲブロワの周波数に基づいて、前記ＥＧＲブロワの周波数の第３リミット値を決定し、前記ＥＧＲブロワの周波数を前記第３リミット値以下で運転することを特徴とする請求項１または２に記載のＥＧＲシステム。
  4. 　前記エンジン本体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、前記エンジン本体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し、
    　算出した前記ＥＧＲブロワの周波数が、リミット値を超える場合、前記算出した前記ＥＧＲブロワの周波数を前記リミット値とす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。
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