(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジンからのＮＯｘ排出量を従来のディーゼルエンジンに比べて大幅に低減するために、従来のディーゼルエンジンよりも高い排ガス再循環率（ＥＧＲ率）を達成することができるディーゼルエンジンを提供する。【解決手段】ＥＧＲ演算処理装置１８が、ＮＯｘ濃度センサー１７ｂによる実測ＮＯｘ濃度と目標ＮＯｘ濃度の偏差に基づいて、必要とするＥＧＲガス流量制御弁１４ｄの開度を算出し、それによってＥＧＲガス流量を制御する。【選択図】図１
2006266255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機を備えたディーゼルエンジンにおいて、
エンジン排気側に連結した過給機タービンの出口側からの排気管内を流れる排ガスの一部を、エンジン吸気側に連結した過給機ブロワーの入口側に再循環させるように設けられた排ガス再循環配管と、
必要な再循環排ガス流量を演算処理する再循環排ガス流量演算処理装置と、
排ガス再循環配管に設けられ、再循環排ガス流量演算処理装置の演算結果に基づいて再循環排ガス流量を制御するための流量制御弁と、
排気管に設けられ、再循環排ガス流量演算処理装置の演算結果に基づいて排気管内の排ガス圧力を調整するための排気管絞り弁と
を備えていることを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項２】
ジメチルエーテルを燃料とすることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【請求項３】
排ガス再循環配管の途中に再循環排ガス冷却器を備え、再循環排ガス冷却器によって再循環排ガスを４０℃〜１００℃、望ましくは４０℃〜６０℃に冷却することを特徴とする請求項１又は２に記載のディーゼルエンジン。
【請求項４】
排気管内を流れる排ガス中のＮＯｘ濃度を測定するためのＮＯｘ濃度センサーを備え、再循環排ガス流量演算処理装置は、ＮＯｘ濃度センサーによる実測ＮＯｘ濃度と目標ＮＯｘ濃度との偏差に基づいて、前記流量制御弁と前記排気管絞り弁の開度を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のディーゼルエンジン。
【請求項５】
過給機ブロワー入口のＣＯ２濃度を測定するためのＣＯ２濃度センサーもしくはＯ２濃度を測定するためのＯ２濃度センサーを備え、再循環排ガス流量演算処理装置は、目標ＮＯｘ低減率に基づいて、過給機ブロワー入口のＣＯ２濃度の目標値もしくはＯ２濃度の目標値を定め、ＣＯ２濃度センサーによる実測ＣＯ２濃度と前記目標ＣＯ２濃度の偏差もしくはＯ２濃度センサーによる実測Ｏ２濃度と前記目標Ｏ２濃度の偏差に基づいて、前記流量制御弁と排気管絞り弁の開度を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のディーゼルエンジン。
【請求項６】
過給機ブロワー入口のＣＯ２濃度の目標値が２％〜５％であることを特徴とする請求項５に記載のディーゼルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機を備えたディーゼルエンジンに関し、特に、排気ガス中のＮＯｘを的確に低減することができるディーゼルエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは、ガスタービンやガスエンジンなど他の発電機関に比べて効率は優れているものの、重油や軽油等の一般的なディーゼル燃料では排ガス中のＰＭやＮＯｘ濃度が高いという欠点がある。特に都市部では独自の条例で排ガスＮＯｘ濃度が厳しく規制されており、ディーゼルエンジンの導入は事実上不可能なのが現状である。
【０００３】
そのため、ディーゼルエンジンのＮＯｘを低減させるための技術が多く提案されており、最近、自動車などの小型ディーゼルエンジンにおいては、エンジンからの排ガスの一部を吸気にもどす排ガス再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）によって、ＮＯｘを低減することが標準となりつつある。
【０００４】
ＥＧＲのＮＯｘ低減とは、排ガスの一部を吸気に再循環させることで、エンジンの吸気ガス中の酸素濃度を減らし、エンジン内での着火遅延や燃焼速度を低下させる効果などで燃焼温度の上昇を抑えて、所謂ディーゼルエンジンのＴｈｅｒｍａｌ  ＮＯｘを低減させるものである。
【０００５】
したがって、排ガス再循環率（吸気ガス中の排ガスの再循環ガス量割合、ＥＧＲ率といわれている）が高いほどＮＯｘ低減効果が期待できる。
【０００６】
ＥＧＲ率は以下のように表せる。
【０００７】
ＥＧＲ率＝（再循環排ガス量）／（新規吸気ガス量＋再循環排ガス量）
＝（吸気ガス中ＣＯ２濃度／排気ガス中ＣＯ２濃度）
しかし、ＥＧＲ率は幾つかの理由により、あまり大きくできない。重油や軽油などのディーゼルエンジンに一般的に用いられる燃料を使用した場合においては、排ガス中に煤が含まれているため、ＥＧＲ率を高くすると、すなわち、再循環排ガス量を増やすと、エンジン燃焼室内が煤で汚れるばかりで無く、エンジン内での燃焼の悪化を招き、排ガス中の煤がより多くでるようになってしまう、燃焼の悪循環に陥るため、ＥＧＲ率を高くできなかった。
【０００８】
また、重油や軽油などのディーゼルエンジンの排ガス中にはＳＯｘも含まれているため、ＥＧＲ率を高めれば、このＳＯｘ成分等により、エンジン燃焼室内のバルブ、ピストンなどが磨耗などの損傷を増大させることとなるため、やはり、ＥＧＲ率を大きくすることができない原因であった。
【０００９】
これらを解決するために、再循環排ガス（ＥＧＲガス）を洗浄する装置やＥＧＲガスの有害ガス成分への対策技術としては、特許文献１、特許文献２などに記載の技術が提案されている。
【００１０】
他のＥＧＲ率に制限を設けるものとして、ＥＧＲガスのガス温度がある。ＥＧＲガスは３００℃以上の排ガスの一部を吸気側に循環させるので、再循環排ガスと吸気ガスの混合ガスの温度はＥＧＲをしない場合に比べて温度が高くなる。このため、過給機−ブロワー等の吸入効率が悪化し、エンジンの熱効率が悪化してしまう。これを避けるため、排ガス再循環配管（ＥＧＲ配管）にＥＧＲガスを冷却する再循環排ガスクーラー（ＥＧＲクーラー）が設けられるのが一般的である。ＥＧＲガスをＥＧＲクーラーで冷却することにより、ＥＧＲ率を上られるように工夫がされている。 
【特許文献１】特開２００２−３３１９１９号公報
【特許文献２】特開２００３−２６９２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、重油や軽油を燃料とするディーゼルエンジンにおいては、ＥＧＲガス中の煤やＳＯｘを完全に除去することはできず、また、数百ｋＷを超える発電用の大型のディーゼルエンジンにおいてはＥＧＲガスを洗浄する装置も非常に大掛かりな装置となってしまう。
【００１２】
また、エンジンのＥＧＲ率を高くするために有効である、ＥＧＲガスの冷却は、ＥＧＲガスの温度を低くすればするほど吸気側での混合ガス温度上昇を低く抑えられ、エンジンの効率悪化を防ぐことは可能であるが、ＥＧＲガスを例えば１００℃以下に冷却すると、飽和蒸気圧との関係から排ガス中の水分が結露しやすくなり、軽油や重油を燃料とするディーゼルエンジンの排ガスに多く含まれるＳＯｘなどが結露水に溶解し、配管腐食などを起こしやすくなり、エンジン部品の寿命を低下させてしまう危険性が増加する。
【００１３】
このように従来のディーゼルエンジンではＥＧＲガスの冷却には限界があり、結果的に大量のＥＧＲガスを吸気に戻せない。特に、発電用の大型ディーゼルエンジンにおいてはＥＧＲガスを冷却する設備も大きく、大量のＥＧＲガスの洗浄と冷却の両方を行うための設備化には限界があり、ＥＧＲ率を上げられない原因ともなっていた。
【００１４】
一般的に、軽油や重油を燃料とするディーゼルエンジンではＥＧＲ率は１０〜２０％ぐらいが限界といわれている。
【００１５】
また、過給機付の一般的なディーゼルエンジンにおいて、ＥＧＲ配管は、ＥＧＲガス中の煤などの過給機のブロワーやタービンのブレードへの影響を無くすため、過給機タービンの入り側のエンジン排気管と過給機ブロワー出口のエンジン吸気管とを結ぶのが標準的であるが、過給機ブロワー出口の吸気圧は高いので、排気側からのＥＧＲガス量を増やすにも限界が生じていた。
【００１６】
本発明は、かかる現状を鑑みて考案されたものであり、ディーゼルエンジンからのＮＯｘ排出量を従来のディーゼルエンジンに比べて大幅に低減するために、従来のディーゼルエンジンよりも高い排ガス再循環率（ＥＧＲ率）を達成することができるディーゼルエンジンを提供することを目的とするものである。
【００１７】
さらに、運転条件が変わっても、ＮＯｘ低減効果を維持することができるディーゼルエンジンを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
これらの課題を解決するための本発明の特徴は以下のとおりである。
【００１９】
［１］過給機を備えたディーゼルエンジンにおいて、
エンジン排気側に連結した過給機タービンの出口側からの排気管内を流れる排ガスの一部を、エンジン吸気側に連結した過給機ブロワーの入口側に再循環させるように設けられた排ガス再循環配管と、
必要な再循環排ガス流量を演算処理する再循環排ガス流量演算処理装置と、
排ガス再循環配管に設けられ、再循環排ガス流量演算処理装置の演算結果に基づいて再循環排ガス流量を制御するための流量制御弁と、
排気管に設けられ、再循環排ガス流量演算処理装置の演算結果に基づいて排気管内の排ガス圧力を調整するための排気管絞り弁と
を備えていることを特徴とするディーゼルエンジン。
【００２０】
［２］ジメチルエーテルを燃料とすることを特徴とする前記［１］に記載のディーゼルエンジン。
【００２１】
［３］排ガス再循環配管の途中に再循環排ガス冷却器を備え、再循環排ガス冷却器によって再循環排ガスを４０℃〜１００℃、望ましくは４０℃〜６０℃に冷却することを特徴とする前記［１］又は［２］に記載のディーゼルエンジン。
【００２２】
［４］排気管内を流れる排ガス中のＮＯｘ濃度を測定するためのＮＯｘ濃度センサーを備え、再循環排ガス流量演算処理装置は、ＮＯｘ濃度センサーによる実測ＮＯｘ濃度と目標ＮＯｘ濃度との偏差に基づいて、前記流量制御弁と前記排気管絞り弁の開度を算出することを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載のディーゼルエンジン。
【００２３】
［５］過給機ブロワー入口のＣＯ２濃度を測定するためのＣＯ２濃度センサーもしくはＯ２濃度を測定するためのＯ２濃度センサーを備え、再循環排ガス流量演算処理装置は、目標ＮＯｘ低減率に基づいて、過給機ブロワー入口のＣＯ２濃度の目標値もしくはＯ２濃度の目標値を定め、ＣＯ２濃度センサーによる実測ＣＯ２濃度と前記目標ＣＯ２濃度の偏差もしくはＯ２濃度センサーによる実測Ｏ２濃度と前記目標Ｏ２濃度の偏差に基づいて、前記流量制御弁と排気管絞り弁の開度を算出することを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載のディーゼルエンジン。
【００２４】
［６］過給機ブロワー入口のＣＯ２濃度の目標値が２％〜５％であることを特徴とする前記［５］に記載のディーゼルエンジン。
【発明の効果】
【００２５】
本発明においては、従来のディーゼルエンジンよりも高い排ガス再循環率（ＥＧＲ率）を達成することができ、ディーゼルエンジンからのＮＯｘ排出量を従来のディーゼルエンジンに比べて大幅に低減することができる。
【００２６】
また、ディーゼルエンジンの運転条件が変わっても、ＮＯｘ低減効果を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について述べる。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態に係るジメチルエーテル（ＤＭＥ）を燃料とする発電用大型ディーゼルエンジンを用いた、ＤＭＥディーゼルエンジン発電システムの回路図である。
【００２９】
ちなみに、ＤＭＥは化学式ＣＨ３ＯＣＨ３で示される最も単純なエーテル化合物で、常温、常圧下において無色透明の気体で、沸点は常圧で−２５．１℃、２５℃に於ける飽和水蒸気圧は６．１気圧で容易に液化でき、ＬＮＧ同等に取り扱いが容易な物質である。軽油と同等以上のセタン価を持っているために、ディーゼルエンジンの燃料として利用できる。ＤＭＥは含酸素化合物であるため着火性・燃焼性に優れ、化学構造の中に炭素同志の結合が無いので燃焼過程で煤の発生が無い。かつ燃料にまったく硫黄分を含まないためＳＯｘの発生も無い。ＤＭＥを燃料とするディーゼルエンジンの排ガスは煤やＳＯｘ分が極めて少ないクリーンなものとなっている。従来の重油、軽油を燃料としたディーゼルエンジンでは、ＮＯｘを低減させようとすると、排ガス中の煤が増えるというトレードオフの関係にあったが、ＤＭＥを燃料とすることで、ＮＯｘに特化した対策を採ることができる。ＤＭＥを燃料とするディーゼルエンジンにおいては、排ガスもクリーンであるため、従来燃料では実現し得なかった大量の排ガスの再循環（高ＥＧＲ率）が可能となる。
【００３０】
図１に示すように、この実施形態においては、ＤＭＥディーゼルエンジン１が発電機２を介して発電している。そして、ディーゼルエンジン１への燃料供給系は、ＤＭＥ燃料タンク６、燃料供給用フィードポンプ８、燃料クーラー９、ＤＭＥパージライン１０から構成されている。燃料のＤＭＥはＤＭＥタンク６から燃料供給管７を通って、燃料フィードポンプ８により燃料を加圧して、ディーゼルエンジン１に供給されている。エンジン１で消費されなかった燃料は、ＤＭＥ燃料クーラー９を通って冷却された後、燃料タンク６からの燃料とＤＭＥ供給配管７で混合され、再度エンジン１に供給されるようになっている。なお、図中１３は、エンジン１冷却水の冷却塔である。
【００３１】
次に、ディーゼルエンジン１の吸排気システムは以下のようになっている。
【００３２】
ディーゼルエンジンの吸入空気は、吸気管５ｃ、５ｂを通り、過給機ブロワー４ｂによって加圧され、吸気管５ａを通って、ディーゼルエンジン１の燃焼室内に導入される。ディーゼルエンジン１で燃焼した後、排ガスは、排気管３ａから排出される。その後、過給機タービン４ａを通って、排気管３ｂを経て、サイレンサー１１を通り、排気煙突１２から大気に放出される。
【００３３】
排ガス再循環用の各ＥＧＲ設備、すなわち、排ガス再循環配管（ＥＧＲ配管）１４ａ、再循環排ガス流量制御弁（ＥＧＲ流量制御弁）１４ｄ、再循環排ガス冷却器（ＥＧＲクーラー）１４ｃ、排ガス再循環配管（ＥＧＲ配管）１４ｂ、ＥＧＲ配管と吸気管の合流管１４ｅが、排気管３ｂと吸気管５ｂ、５ｃとの間に設置されている。なお、図中１９は、ＥＧＲクーラー１４ｃ用の冷却塔である。
【００３４】
排気管３ｂを流れている排ガスは、ＥＧＲ流量制御弁１４ｄが開くと、煙突１２を通って大気に放出される排ガスと、ＥＧＲ配管１４ａを通って、エンジン１の燃焼用吸気として再循環されるＥＧＲガスとに分流される。
【００３５】
排気管３ｂより分流された排ガス、すなわち、ＥＧＲガスは、ＥＧＲ配管１４ａ、流量制御弁１４ｄを通って、ＥＧＲクーラー１４ｃに流れ込み冷却される。冷却されたＥＧＲガスはＥＧＲ配管１４ｂを経て、吸気管５ｃを通ってエンジン１に吸い込まれてくる吸入ガス（空気）と、ＥＧＲ配管と吸気管の合流管１４ｅで混合される。混合ガスは吸気管５ｂを通って、過給機ブロワー４ｂにより昇圧されて、エンジン１の燃焼室内に供給される。なお、ＥＧＲガス流量制御弁１４ｄはＥＧＲクーラー１３ｃの下流側（吸気側）にあっても問題は無い。
【００３６】
そして、ＥＧＲガス量（再循環排ガス量）の制御は、再循環排ガス流量演算処理装置（ＥＧＲ演算処理装置）１８の演算結果に基づいて、ＥＧＲ配管に設けられているＥＧＲガス流量制御弁１４ｄ（排ガス再循環を行わない時は全閉）の開度を調節することによって行われる。
【００３７】
その際に、排気管３ｂから分岐した排ガスサンプル管１７ａによってエンジン１の排ガスを採取し、採取した排ガス中のＮＯｘ濃度をＮＯｘ濃度センサー１７ｂによって実測し、実測したＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度に低減するように、必要なＥＧＲガス流量を演算して、流量制御弁１４ｄの開度を調節する。
【００３８】
さらに、より多くの排ガスを再循環させたい場合は、排気管３ｂ途中に組み込まれている排気管絞り弁１５（通常は全開）の開度を絞り、ＥＧＲ配管１４ａ側へより多くの排ガスを分流させる。
【００３９】
また、後述するように、発明者等は、ＥＧＲによるＮＯｘ低減率（低減効果）とＥＧＲガス混合後のエンジンの吸気ガス中のＣＯ２濃度との間に強い相関があることを見出したので、吸気管５ｂから分岐した吸気ガスサンプル管１６ａによって吸気管５ｂ内の吸気ガスを採取し、採取した吸気ガス中のＣＯ２濃度（もしくはＯ２濃度）を、ＣＯ２濃度センサー（もしくはＯ２濃度センサー）１６ｂによって実測し、実測したＣＯ２濃度（もしくは、実測したＯ２濃度）が目標ＣＯ２濃度（もしくは目標Ｏ２濃度）に到達できるように、必要なＥＧＲガス量を演算して、流量制御弁１４ｄの開度を調節することもできる。
【００４０】
なお、流量制御弁１４ｄの開度は、エンジン１の運転条件に合わせて、事前に実験した結果を基に弁開度を決めておくことも可能である。
【００４１】
そして、ＥＧＲクーラー１４ｃによるＥＧＲガスの冷却は、以下に述べるように、１００℃〜４０℃に冷却することで、ＮＯｘを大幅に低減可能となる。
【００４２】
図２は、エンジン１の運転条件を一定とした時の、ＥＧＲガスの冷却温度を変えた場合のＮＯｘ低減効果を示す実験結果である。図２（ａ）は、ＥＧＲガスを非冷却（排ガス温度は約３５０度）、空冷（ＥＧＲクーラー後のガス温度が２７０℃）、水冷（ＥＧＲクーラー後のガス温度が７０℃）の３条件における、ＥＧＲ率に対する排ガスＮＯｘ濃度変化の比較、図２（ｂ）は、その時のエネルギー消費率変化の比較、図２（ｃ）は、その時の排ガス温度変化の比較を示したものである。
【００４３】
ＤＭＥ燃料は排ガスがクリーンであるため、図２中の◆印で示すように、ＥＧＲガスを非冷却（排ガス温度約３５０℃）としても、従来燃料よりもＥＧＲ率を高くすることができたが、ＥＧＲ率２０％を超えるとエネルギー消費率、排ガス温度も急激に上昇し、エンジンの運転が不安定となってくるため、これ以上のＥＧＲ率を高くすることができなかった。この時、ＮＯｘ濃度は７００ｐｐｍから１００ｐｐｍまで低下した。
【００４４】
これに対して、図２中の△印で示すように、ＥＧＲガスを空冷によって約２７０℃にした場合は、ＥＧＲ率は３０％まで高くできた。
【００４５】
さらに、図２中の■印で示すように、ＥＧＲガスを水冷によって約７０℃まで冷却した実験を行ったところ、ＥＧＲ率は４０％まで高くすることができた。この時、ＮＯｘは７００ｐｐｍから１０ｐｐｍまで低減し、大幅なＮＯｘの低減を実現した。その際に、ＥＧＲ率を高くしていくと、図２（ｂ）に示すようにエネルギー消費率が悪化を招くが、ＥＧＲガスを７０℃程度の温度に冷却することで、エネルギー消費率の悪化を抑制できることもわかった。
【００４６】
そこで、図３はＥＧＲガスの冷却後の温度（ＥＧＲガス温度）に対する燃費（エンジン熱効率）の改善率の関係を表した図である。なお、燃費（エンジン熱効率）の改善率はＥＧＲ率０％の時の燃費を基準にしたものである。
【００４７】
図３に示すように、ＥＧＲガスを冷却すればするほど燃費（エンジン熱効率）の改善率は上昇している。ただし、ＥＧＲガスの冷却は、ＥＧＲクーラーの冷却能力から考えると、４０℃が設備コストの観点から下限である。一方、ＥＧＲガス温度が１００℃を越えると、ＥＧＲガスと混合するエンジン吸気温度が上昇し、吸入酸素濃度の低下で熱効率が急激に悪化し始めることが実験的に確認できており、その対策として、ＥＧＲ率を下げる必要がでてくる。そのため、ＥＧＲガス温度は１００℃以下とすべきである。なお、エンジン排ガス温度３５０℃の水の飽和蒸気圧から考えると、ＥＧＲガス温度を１００℃以下に下げると水分が結露することになるが、特にドレンとして排出すれば問題ない。したがって、ＥＧＲガスの冷却温度範囲は４０℃〜１００℃が適切である。
【００４８】
さらに、図３に示すように、ＥＧＲガス温度６０℃以下で急激に熱効率の改善率が上昇していることと、ＥＧＲガス温度６０℃以下では熱効率の改善率が常識的な−１０％以内（すなわち、熱効率の悪化率が１０％以内）であることから考えて、ＥＧＲガスの冷却温度範囲は４０℃〜６０℃がより望ましいといえる。
【００４９】
そして、ディーゼルエンジンの排ガス中のＮＯｘ濃度は、エンジンの運転条件（出力（トルク）、エンジン回転数）や吸入空気条件（温度、水分）等で変動する。そのため、正確にＮＯｘ濃度を低減させるためには、ＥＧＲガス流量制御弁１４ｃや排気管絞り弁１５の開度を何らかの指標により調節することが必要である。
【００５０】
そこで、図５に制御フローを示すような、ＮＯｘ濃度を指標にしたＥＧＲガス流量制御方法を行う。
【００５１】
前述のように、ＤＭＥディーゼルエンジン１においては、ＥＧＲガスを１００℃〜６０℃に冷却しておけば、ＥＧＲ率の制約が無いことから、図５に示すように、ＮＯｘ濃度センサー１７ｂによる実測ＮＯｘ濃度と目標ＮＯｘ濃度との偏差に基づいて、必要なＥＧＲ流量制御弁１４ｄと排気絞り弁１５の開度を決定し、それに基づいて弁開度を操作することで、正確なＮＯｘ濃度制御が可能である。なお、流量制御弁１４ｄなどの弁開度指令は、エンジンの燃費悪化状態を考えて、ＣＯ２濃度センサー（もしくはＯ２濃度センサー）１６ｂの実測値が一定以上の値になった時点で弁開度上限とする。これは高ＥＧＲ率運転で吸気中の酸素濃度が低くなりすぎると、失火などのエンジンの運転状態が著しく悪化するので安全のため弁開度の上限をもうけるものである。
【００５２】
なお、あらかじめ、各弁の開度とＮＯｘ低減効果について実験的に相関関係を求めておき、それをテーブル化するなどをして、開度指令指標を準備しておいて、それをもとに弁開度を制御しても問題無い。
【００５３】
また、図６に制御フローを示すような、ＣＯ２濃度を指標にしたＥＧＲガス流量制御方法を行うこともできる。
【００５４】
発明者等の実験によると、ＥＧＲによるディーゼルエンジンのＮＯｘ低減率（低減効果）とＥＧＲガス混合後のエンジンの吸入ガス中のＣＯ２濃度（過給機ブロワー入口のＣＯ２濃度）との間に強い相関があることが実験的に判明した。
【００５５】
図４（ａ）は同一のディーゼルエンジンにおいて、運転条件（トルクと回転数）を変えた時のＥＧＲによるＮＯｘ低減効果を調べた時の実験結果である。横軸はＥＧＲ率、縦軸はＮＯｘ低減率（ＥＧＲを行った時のＮＯｘ濃度／ＥＧＲ率ゼロの時のＮＯｘ濃度）をあらわす。
【００５６】
この結果が示すように、ＥＧＲ率が同じでも、エンジンの運転条件が異なると、ＮＯｘ低減効果が違う。これは、ディーゼルエンジンの運転条件を示す空気過剰率が運転条件によって変わるためである。つまり、低負荷（低トルク）運転においては、燃焼に必要とする吸入ガス中の酸素濃度が十分にあり、高ＥＧＲ率で排ガスの再循環ガスを多くしても、燃焼への影響が小さく、ＮＯｘを低減させる効果が小さくなったものと思われる。
【００５７】
それに対して、図４（ｂ）に、横軸を吸入ガス中のＣＯ２濃度（吸気ＣＯ２濃度）にとってＮＯｘ低減率を再整理した結果を示す。エンジンの運転条件が変わっても、吸気ＣＯ２濃度で整理するとほぼ直線的な強い相関があることがわかる。これはディーゼルエンジンの運転条件、大きさに関係無く普遍的な相関関係であることを実験的に確証済みである。また、吸気ガスの酸素濃度との相関も整理したところ、同様の強い相関を示した。この関係を使って、吸気ＣＯ２濃度を指標にしたＥＧＲガスの流量制御を行うのが、図６に示すＥＧＲガス流量制御方法である。
【００５８】
図６に示すように、あらかじめ、ＥＧＲを行わない時のエンジンのＮＯｘ濃度（ＥＧＲ率ゼロの時のＮＯｘ濃度）と、目標とする排ガスＮＯｘ濃度とから、ＥＧＲによる目標ＮＯｘ低減率を算出する。次に、図４（ｂ）の吸気ＣＯ２濃度とＮＯｘ低減率の関係（近似式）から、目標ＮＯｘ低減率に対応した目標ＣＯ２濃度を算出する。そして、ＣＯ２濃度センサー１６ｂにより実測した実測吸気ＣＯ２濃度が、算出した目標吸気ＣＯ２濃度となるようにＥＧＲ流量制御弁１４ｄと排気絞り弁１５の開度を調節する。
【００５９】
また、ＮＯｘ濃度センサー１７ｂによる実測ＮＯｘ濃度と目標ＮＯｘ濃度に一定以上の偏差が生じている場合は、この偏差から、目標ＮＯｘ濃度となるように目標ＮＯｘ低減率の補正値を算出し、目標ＮＯｘ低減率を補正する。この補正した目標ＮＯｘ低減率をもとに、改めて目標ＣＯ２濃度を再計算し、ＥＧＲ流量制御弁１４ｄ等の開度を再計算する。
【００６０】
以上のように、ＣＯ２濃度センサー１６ｂによる実測ＣＯ２濃度とＮＯｘ濃度センサー１７ｂによる実測ＮＯｘ濃度を使って、常に、安定した排ガス中のＮＯｘ濃度制御を行うことができる。なお、ＥＧＲガス流量制御弁１４ｄ等の弁開度指令は、エンジン１の燃費悪化状態や、ＣＯ２濃度計１６ｂの実測値が一定以上の値になった時点で弁開度上限とする。これは、高ＥＧＲ率運転で吸気中の酸素濃度が低くなりすぎると、失火などのエンジンの運転状態が著しく悪化するので、安全のため弁開度の上限をもうける。
【００６１】
ちなみに、ＥＧＲ設備や脱硝装置などが付いていない数百ｋＷの発電用大型ディーゼルエンジンの排ガス中のＮＯｘ濃度は７００〜１０００ｐｐｍといわれている。一方、都市部などにおけるＮＯｘ濃度の規制値は１００ｐｐｍ程度であるので、ＮＯｘ低減率としては０．１以下とする必要がある。このようなＮＯｘ低減率を得るためのエンジン吸気ＣＯ２濃度は約２％以上とすれば良い。また、エンジンの安定性を考慮した場合のエンジン吸気ＣＯ２濃度の上限は４％〜５％である。
【００６２】
したがって、上記においては、目標吸気ＣＯ２濃度（過給機ブロワー入口のＣＯ２濃度の目標値）を２％〜５％とするのが好ましい。
【００６３】
なお、図６に示したＥＧＲガス流量制御方法においては、吸気ＣＯ２濃度を指標にしてＥＧＲガス流量の制御を行っているが、吸気Ｏ２濃度を指標にしてＥＧＲガス流量の制御を行うことも可能である。その場合には、吸気Ｏ２濃度とＮＯｘ低減率の関係を求めておき、目標ＮＯｘ低減率に対応した目標Ｏ２濃度を算出し、Ｏ２濃度センサー１６ｂにより実測した実測吸気Ｏ２濃度が、算出した目標吸気Ｏ２濃度となるようにＥＧＲ流量制御弁１４ｄと排気絞り弁１５の開度を調節すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態に係るＤＭＥディーゼルエンジンを用いたＤＭＥディーゼルエンジン発電システムの回路図である。
【図２】ＤＭＥディーゼルエンジンの排ガス性能図である。
【図３】ＥＧＲガス温度に対する燃費の改善率の関係を表した図である。
【図４】排ガスＮＯｘ低減率と吸気ＣＯ２濃度の関係を説明するための図である。
【図５】ＥＧＲガス流量制御方法の制御フローである。
【図６】他のＥＧＲガス流量制御方法の制御フローである。
【符号の説明】
【００６５】
１：ＤＭＥディーゼルエンジン
２：発電機
３ａ，３ｂ：排気管
４ａ：過給機タービン
４ｂ：過給機ブロワー
５ａ，５ｂ，５ｃ：吸気管
６：ＤＭＥ燃料タンク
７：ＤＭＥ燃料供給配管
８：ＤＭＥ燃料供給用フィードポンプ
９：ＤＭＥ燃料クーラー
１０：ＤＭＥ燃料パージ配管
１１：サイレンサー
１２：排気煙突
１３：エンジン冷却水冷却塔
１４ａ，１４ｂ：ＥＧＲ配管
１４ｃ：ＥＧＲクーラー
１４ｄ：ＥＧＲガス流量制御弁
１４ｅ：ＥＧＲガスと吸気ガスの合流管
１５：エンジン排気管絞り弁
１６ａ：吸気ガスサンプル採取管
１６ｂ：ＣＯ２濃度センサーもしくはＯ２濃度センサー
１７ａ：排気ガスサンプル採取管
１７ｂ：ＮＯｘセンサー
１８：演算処理装置
１９：ＥＧＲガス冷却用冷却塔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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