(57)【要約】  一定速度に対しエンジンスピードを調節するステップと、エンジンの空燃比を維持するステップと、エンジンから、触媒（３２）を収容する排気システム（１６、１８、４０、６５、８０）を通して排気を流すステップと、触媒（３２）の上流に配置された第１のセンサ（１９）で第１の変数を監視するステップと、エンジン（１２）の空燃比を第１の変数の関数として制御するステップと、を含む内燃機関（１２）からのエミッションを制御する方法。１つの用途では、エンジン（１２）は、発電及び推進を含む船舶用途用に構成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１２）からのエミッションを制御する方法であって、
一定速度に対しエンジンスピードを調節するステップと、
前記エンジン（１２）の空燃比を維持するステップと、
前記エンジン（１２）から、触媒（３２）を収容する排気システム（１６、１８）を通して排気を流すステップと、
前記触媒（３２）の下流に配置された第１のセンサ（１９）で第１の変数を監視するステップと、
前記エンジン（１２）の空燃比を前記変数の関数として制御するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の変数が酸素である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のセンサ（１９）が広帯域酸素センサである、請求項３に記載の方法。
【請求項４】
前記触媒（３２）の上流に配置された第２のセンサ（２３）で第２の変数を監視するステップをさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２のセンサ（２３）が狭帯域酸素センサである、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２のセンサ（２３）が広帯域酸素センサである、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記第２のセンサ（２３）がＭＥＭ装置を備える、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の変数が一酸化炭素である、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の変数が酸素である、請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１及び第２の変数の少なくとも一方が閾値レベルに達したとき、オペレータに警告を行うステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記空燃比が化学量論である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記空燃比が僅かにリーンである、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記空燃比を電子式燃料噴射で制御するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記電子式燃料噴射が、スロットル体燃料噴射である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記電子式燃料噴射が、多点燃料噴射である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記電子式燃料噴射が、同期外部燃料噴射である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記電子式燃料噴射が、非同期外部燃料噴射である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記電子式燃料噴射が、直接燃料噴射である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記触媒（３２）が、窒素酸化物、一酸化炭素及び炭化水素を同時に低減するように構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記触媒（３２）が、一酸化炭素を百万部当たり約５０部未満に低減するように構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記触媒（３２）が、一酸化炭素を百万部当たり約９部〜百万部当たり約３０部に低減するように構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記触媒（３２）が、一酸化炭素を百万部当たり約９部未満に低減するように構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記触媒（３２）が、丸いセラミック基板及び約３／０／１の比率のプラチナ／パラジウム／ロジウムを含む、請求項１９〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記触媒（３２）が、３／０／１の比率のプラチナ／パラジウム／ロジウムの１立方フィート当たり約９５グラムの１インチ当たり約４００セルを含む、請求項１９〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記触媒（３２）が、約４０立方インチ〜約７０立方インチの総体積を備える、請求項１９〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記エンジン（１２）が船舶用途用に構成され、前記排気システム（１６、１８）がウォータジャケットのマニホールド（４０、６５）をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記エンジンが、発電機（１４）を駆動するように構成される、請求項１〜２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記発電機が、多極永久磁石発電機である、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記発電機が、可変速度で動作するように構成される、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記発電機が、３対１の比率を有する高速と低速との間で変調される、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記発電機が、２対１の比率を有する高速と低速との間で変調される、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
船舶用途用に構成された内燃機関からのエミッションを制御する方法であって、
前記エンジン（１２）で発電機（１４）を駆動するステップと、
選択された一定速度に対しエンジンスピードを調節するステップと、
前記エンジンの空燃比を維持するステップと、
前記エンジンから、触媒（３２）を収容する排気システム（１６、１８）を通して排気を流すステップと、
前記触媒（３２）の下流に配置された第１のセンサ（１９）で第１の変数を監視するステップであって、前記触媒が、窒素酸化物、一酸化炭素及び炭化水素を同時に低減するように構成されるステップと、
電子式燃料噴射で前記エンジン（１２）の空燃比を前記変数の関数として制御するステップと、
を含む方法。
【請求項３３】
前記第１の変数が一酸化炭素である、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１の変数が酸素である、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記第１のセンサ（１９）が広帯域酸素センサである、請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
前記発電機（１４）が、永久磁石発電機である、請求項３２に記載の方法。
【請求項３７】
前記触媒の上流の第２のセンサ（２３）で前記触媒（３２）の下流の第２の変数を監視するステップと、前記第２の変数が閾値レベルに達したとき、オペレータに警告を行うステップと、をさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３８】
前記第２の変数が一酸化炭素である、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記第２の変数が酸素である、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
前記第２のセンサ（２３）が広帯域酸素センサである、請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】
前記第２のセンサ（２３）が狭帯域酸素センサである、請求項３７に記載の方法。
【請求項４２】
前記空燃比が化学量論である、請求項３２に記載の方法。
【請求項４３】
前記空燃比が僅かにリーンである、請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、内燃機関からのエミッションの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
内燃機関の排気物質の低減は、環境に対する影響の認識及び政府規制の強化によって推進される研究開発の継続的目的である。最も有効かつ費用効率的なエミッション制御のあるものは、不完全燃焼化合物をさらに酸素化する下流の化学触媒の使用を含む。時に、排気は、多数の触媒床を順次通過させられる。より高い触媒温度は、より有効なエミッション制御を提供することが一般に理解される。多くの排気触媒開発は、エンジンスピードが車両速度及びギヤ選択と共に実質的に変化する自動車用途用の触媒コンバータを開発することに集中されてきた。
【０００３】
固定周波数発電機に電力を供給するような他の複数の用途において、発電機及びエンジン負荷が変動する間にも、使用中エンジンスピードは可能な限り一定に保持される。いくつかのエンジン発電機セットは、陸上又は水中の車上移動車両に実装するために設計される。
【０００４】
船舶用発電機は、エミッション及び安全性の両方の問題に関し、特別な規制を受ける。例えば、露出したエンジンの表面温度（排気システム表面温度を含む）は、火災の危険のリスクの増大を回避するために低く維持されなければならない。排出される排気ガスを冷却するように、海水が多くの船舶用エンジンの排気流に注入され、また低い表面温度を維持するように、海水が排気システムの構成要素を通して頻繁に循環される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一定及び可変速度のエンジン用途用の排気物質制御のさらなる改良が、特に船舶用途に適切な改良が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
要約
本発明の多くの形態は、内燃機関からのエミッションを制御する方法を特徴付ける。実施例のあるものでは、エンジンの空燃比及び回転速度が実質的に同時に制御される。
【０００７】
一実施形態において、本方法は、一定速度に対しエンジンスピードを調節するステップと、エンジンの空燃比を維持するステップと、エンジンから、触媒を収容する排気システムを通して排気を流すステップと、触媒の下流に配置された第１のセンサで第１の変数を監視するステップと、エンジンの空燃比を変数の関数として制御するステップとを含む。ある場合には、第１の変数は酸素であり、及び／又は第１のセンサは広帯域酸素センサである。
【０００８】
上述の方法はまた、触媒の上流に配置された第２のセンサで第２の変数を監視するステップを含むことができる。ある場合には、第２のセンサは狭帯域酸素センサである。なお他の実施例において、第２のセンサ（２３）は広帯域酸素センサである。第２のセンサはＭＥＭ装置であることができる。様々な実施形態において、第２の変数は一酸化炭素又は酸素である。一実施例において、第１及び第２の変数の少なくとも一方が閾値レベルに達したとき、オペレータに警告が行われる。
【０００９】
いくつかの実施形態において、空燃比は化学量論である。他の実施形態において、空燃比は僅かにリーンである。いくつかの実施形態において、空燃比は電子式燃料噴射による。一実施形態において、電子式燃料噴射は、スロットル体燃料噴射である。他の実施形態において、電子式燃料噴射は、多点燃料噴射である。電子式燃料噴射は、同期外部燃料噴射である。代わりに、電子式燃料噴射は、非同期外部燃料噴射であることができる。なお他の実施形態において、電子式燃料噴射は、直接燃料噴射である。
【００１０】
一実施形態において、触媒は、窒素酸化物、一酸化炭素及び炭化水素を同時に低減するように構成される。いくつかの実施形態において、触媒は、一酸化炭素を百万部当たり約５０部未満に低減するように構成される。なおより好ましい実施形態において、触媒は、一酸化炭素を百万部当たり約９部〜百万部当たり約３０部に低減するように構成される。最も好ましい実施形態において、触媒は、一酸化炭素を百万部当たり約９部未満に低減するように構成される。
【００１１】
様々な実施例において、触媒は、丸いセラミック基板及び約３／０／１の比率のプラチナ／パラジウム／ロジウムを含み、３／０／１の比率のプラチナ／パラジウム／ロジウムの１立方フィート当たり約９５グラムの１インチ当たり約４００セルを含み、また約４０立方インチ〜約７０立方インチの総体積を有する。
【００１２】
一実施形態において、エンジンは、船舶用途用に構成され、排気システムはウォータジャケットのマニホールドをさらに備える。ある場合には、エンジンは、発電機を駆動する。１つの用途では、発電機は、多極永久磁石発電機である。いくつかの実施形態において、発電機は、可変速度で動作するように構成される。いくつかの実施形態において、発電機は、３対１の比率を有する高速と低速との間で変調される。他の実施形態において、発電機は、２対１の比率を有する高速と低速との間で変調される。
【００１３】
他の形態において、船舶用途用に構成された内燃機関からのエミッションを制御する方法は、エンジンで発電機を駆動するステップと、選択された一定速度に対しエンジンスピードを調節するステップと、エンジンの空燃比を維持するステップと、エンジンから、触媒を収容する排気システムを通して排気を流すステップと、触媒の下流に配置された第１のセンサで第１の変数を監視するステップであって、触媒が、窒素酸化物、一酸化炭素及び炭化水素を同時に低減するように構成されるステップと、電子式燃料噴射でエンジンの空燃比を変数の関数として制御するステップとを特徴付ける。
【００１４】
いくつかの実施形態において、本方法は、触媒の上流の第２のセンサで触媒の下流の第２の変数を監視するステップと、第２の変数が閾値レベルに達したとき、オペレータに警告を行うステップと、を含む。様々な実施例において、第１の変数は一酸化炭素又は酸素である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の１つ以上の実施形態の詳細について、添付図および以下の説明に記載する。本発明の他の特徴、目的および利点は、説明と図面から、および特許請求の範囲から明白であろう。様々な図面の参照記号は同様の要素を示す。
【００１６】
詳細な説明
最初に図１を参照すると、エンジン発電機セット１０は、発電機１４を駆動する内燃機関１２を含む。エンジン１０は、以下により詳細に記載するように、エンジンの各シリンダから排気ガスを受け取って組み合わせ、マニホールドに収容された触媒を通して、組み合わせられた排気ガスを通過させる排気マニホールド１６を有する。マニホールド１６の出口に、排気エルボ１８が固定される。船舶用途では、冷たい海水のような水が、ホース３０を通してマニホールド１６に供給される。水は、排気システムの外面を所望の温度以下に維持するために、マニホールド１６及びエルボ１８の冷却通路を通過させられ、次に、排気を冷却するために触媒の下流のエルボ１８に排気流に注入される。
【００１７】
一実施形態において、第１の変数は、触媒３２の上流に配置された第１のセンサ１９で監視される。第１のセンサ１９は、電子制御器２４（図９〜図１１を参照して以下に説明する）に出力信号を供給する。一実施形態において、制御器２４は、電子制御のスロットル体噴射器内に配置されたスロットルプレートを作動して、１．０の化学量論の比率に対応するようにエンジン１２の空燃比を維持する。他の実施形態において、エンジン１２の空燃比は僅かにリーンである。一実施形態において、スロットル／オリフィスプレートはステッパー電動機に結合されて、そしてＰＩＤ制御のために構成される。一実施形態において、第１のセンサ１９によって監視される第１の変数は酸素であり、センサ１９は狭帯域酸素センサである。他の実施形態において、センサは広帯域酸素センサである。
【００１８】
一実施例において、広帯域又は狭帯域酸素センサは、触媒３２の下流に配置される。他の実施例において、狭帯域酸素センサは、触媒３２の下流に配置された広帯域酸素センサと共に触媒３２の上流に配置される。
【００１９】
一実施形態において、第２の変数は、触媒３２の上流に配置された第２のセンサ２３で監視される。第２のセンサ２３は、１つの用途における狭帯域酸素センサである。センサ２３は、一酸化炭素レベルを決定する代行として酸素を測定する。他の用途において、第２のセンサ２３は、一酸化炭素を直接測定する。第２のセンサ２３からの信号出力は、有効性が減少しつつ触媒３２が機能しているとき、予想アラームを供給してオペレータに通知することができる。一実施例において、第２のセンサ２３は、触媒３２が海水で損傷されており、交換を必要とするかどうかについて通知することができる。いくつかの実施形態において、第２のセンサ２３はＭＥＭ装置である。
【００２０】
引き続き図１を参照すると、代替実施形態において、空気は、ベルト駆動型エアポンプ２２から制御可能なダンプ弁２０を通してマニホールド１６供給される。固定速度の電動エアポンプを使用してもよい。弁２０は、例えば、マニホールド１６と排気エルボ１８との間のエアポンプの出力を制御可能に分割することによって、エンジン１２に課せられる負荷の関数としてマニホールド１６内への空気流を調整するために、電子制御器２４によって制御される。制御器２４は、エンジン負荷の関数として、又はエンジン負荷と共に変化する感知可能なパラメータの関数として弁２０への信号を変更する。図示した実施形態では、制御器２４は、例えば発電機出力２６における発電機１４の出力電圧及び／又は電流を感知し、それに応じて弁２０を制御する。制御器２４はまた、例えばフライホイール磁気抵抗センサ２８から信号を受信することによって、エンジンスピードを感知し、エンジン入力（例えば燃料流及び／又は空気流）を制御して、発電機１４の周波数を維持するように、エンジンスピードを所望の設定点に又はその近くに維持する。マニホールド１６と雰囲気又は排気流の下方点との間のポンプ空気流を分割するダンプ弁２０を制御する代替方法として、ある場合に可変速度の電気式エアポンプ２２ａが使用され、制御器２４は、エンジン負荷の関数としてポンプ２２ａの動作速度を変更する。このような場合、ポンプ２２ａの総出力はマニホールド１６に直接ポートされることが好ましい。
【００２１】
図２を参照すると、触媒床を収容する円筒状触媒３２が排気マニホールド１６内に配置されている状態が示されている。一実施形態において、触媒３２は、船舶用排気マニホールド１６内に適合して寸法決めされるために構成される。触媒３２は、例えば、雲母を含有する綿接合部の１／８インチ（３．２ミリ）の厚いシートのような絶縁ブランケット９６に巻き付けられ、これにより、触媒からハウジング内への熱伝達の低減が補助され、また繊細な触媒床を衝撃及び振動から絶縁することが補助される。触媒３２は、空気流の噴射なしに使用することができるか、あるいは制御された空気流をポート３８ａの触媒の直前に、又は噴射空気流を予熱するようにポート３８ｂのマニホールドの末端に噴射できる。
【００２２】
他の実施形態において、触媒３２は、３．６６インチ（９．３０ｃｍ）の直径及び６．０インチ（１５．２４ｃｍ）の長さを有する。単一の触媒３２は、一酸化炭素を所望のレベルに低減するために任意の好ましい組成であることができ、一実施例において、約４２立方インチ〜約６４立方インチの範囲の総体積を有する丸いセラミック基板を含む。特定の一実施例において、触媒３２は、３．０インチ（７．６２ｃｍ）の直径及び６．０インチ（１５．２４ｃｍ）の長さ、及び３／０／１の比率のプラチナ／パラジウム／ロジウムの１立方フィート当たり９５グラムの１インチ当たり約４００セルを有する。触媒３２はまた、専用ウォッシュコートを含むことができ、また１．０の化学量論の空燃比に最も有効であるように構成できる。触媒３２は、窒素酸化物、一酸化炭素及び炭化水素を同時に低減するように構成される。好ましい一実施形態において、触媒３２は、一酸化炭素を百万部当たり５０部未満に、好ましくは百万部当たり３５部未満に、最も好ましくは周囲レベルに、すなわち、百万部当たり９部未満に低減するように構成される。
【００２３】
排気マニホールド１６内に取り付けるために、他の触媒構造が考えられる。例えば、図３に示したように、代替実施形態の触媒３２は、第１の孔に平行にかつそれからオフセットされたマニホールドの第２の孔内に収容された第１の触媒３３及び第２の触媒３６を含むことができる。マニホールドには、取り外し可能なカバー４４を装備することができ、このカバーを通して空気が噴射され、触媒の両方をそれぞれの孔に装入することを可能にする。最初に図示した実施形態において、両方の触媒床を通して流れた後、排気流はエルボ１８ａ内の冷却水と組み合わせられる。
【００２４】
一実施形態において、排気は、組み合わせられ、第１の触媒床３２を通して、空間３４を通して、次に第２の触媒床３６を通して通過させられる。空気は、空気入口３８を通して、空間３４のマニホールドに噴射される。冷却水は、両方の触媒床の周りに、マニホールド１６ａ及びエルボ１８に鋳造された適切なチャネルを通して流れ、次に排気流内に噴射される。冷却用海水が高い塩分を有することがある船舶用途では、エルボ１８の水噴射出口４０は、高温触媒に対する塩水スプラッシュを回避するために、触媒の最も低い縁部又は任意の内部エルボバッフル４２の上方縁部の下の少なくとも約６インチ（１５センチ）に位置決めされることが好ましい。同様に、このような船舶用途では、マニホールド１６ａ及びエルボ１８は、アルミニウム・マグネシウム合金のような耐食性材料から鋳造されることが好ましい。図２から、マニホールド１６ａとエルボ１８との接続部は、第２の触媒３６がエルボ１８内に支承されるように、２つの触媒床の間に容易に位置決めできることが理解される。
【００２５】
本実施形態による触媒３２の構造は、炭化水素及びＮＯｘエミッションを低減するよう選択された貴金属としてのロジウムを含有するような触媒を好ましくは含む第１の触媒床３３を含むことができる。例えば、１つの好ましい触媒床は、直径３．０インチ（７６ミリメートル）及び長さ２．６インチ（６．７センチ）の円筒の形態である。セラミック基板は、約７平方インチ（４５平方センチメートル）の断面積を有し、１平方インチ当たり約４００（１平方ｃｍ当たり６２）のセルを有し、１立方フィート当たり６．１グラム（１立方センチメートル当たり０．０６グラム）のロジウムで洗浄される。このような触媒床は、フリント、ミシガンのＡＳＥＣ／デルファイ排気及びエンジンマネージメント（ＡＳＥＣ／Ｄｅｌｐｈｉ  Ｅｘｈａｕｓｔ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｆｌｉｎｔ，Ｍｉｃｈｉｇａｎ）から入手可能である。第１の触媒床３３内の触媒効率は、エミッション成分全体を可能な限り除去するために、関連技術で公知の様々な方法によって、酸素センサを有する気化式又は燃料噴射式システムにより達成可能である。
【００２６】
第２の触媒床３６は、ＣＯエミッションをさらに低減するように選択された触媒を含む。１つの構成では、第２の触媒床３６は、セラミック又は金属のハニカム状基板に支承された３対１の比率のパラジウム及びプラチナを含む。活性貴金属は基板の上に洗浄されて、次に、関連技術で公知のような表面の上に金属を定着させるために加熱される。好ましい第２の触媒床の例は、直径５．０インチ（１２．７センチ）及び長さ６．３インチ（１６センチ）、断面積１９．６平方インチ（１２６平方センチメートル）の円筒の形態の金属基板であり、各々、１立方フィート当たり４０グラム（１立方センチメートル当たり０．４グラム）のパラジウム及びプラチナで洗浄される。このような触媒は、例えば、オクラホマ、タルサのミラテック（Ｍｉｒａｔｅｃｈ  ｏｆ  Ｔｕｌｓａ，Ｏｋｌａｈｏｍａ）から入手可能である。第２の触媒３６は、より熱くなる傾向があり、例えば、おそらくはロジウム触媒よりも約華氏４００度（摂氏２２０度）熱い。好ましくは、第２の触媒に入る空気と排気との組み合わせの温度は、約華氏１０００度（摂氏５４０度）である。
【００２７】
図４と図５は、触媒排気マニホールド１６ｂの他の実施例を示している。触媒３２は、マニホールドの大きな端部から、円筒として装填され、ＮＯＸ触媒は孔４６（図５）に装入され、ＣＯ触媒は孔４８（図５）に装入される。この実施例では、クーラントは入口５０でマニホールドに入り、排気流に合流することなく出口５２でマニホールドを離れる。マニホールド内に鋳造された冷却チャネル５４は、図５に部分的に示され、入口５０と出口５２との間の閉鎖流路を提供する。
【００２８】
様々な制御技術を使用して、良好なＣＯ低減のために空気噴射速度を変更してもよい。一実施形態において、空気噴射速度は、近似のエンジン負荷の関数として変更される。ウェスタービーク（Ｗｅｓｔｅｒｂｅｋｅ）の４気筒の１．５リットルガソリンエンジン及び上述のパラジウムプラチナの第２の触媒床を使用した１つの試験では、最も低いＣＯエミッションが、次表に従って第２の触媒に先行して（１分当たり１００リットルの目盛りで）マニホールド内への空気流速度を変更することによって得られた。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
当然、最適な空気流量は、異なる用途について異なるであろう。空気流制御器は、より繊細な制御感度を提供するために、装填空気の相関表の隣接する入力の間で補間するように構成することができる。
【００３１】
上に示したような表を使用して最適な空気噴射速度を決定できるように、近似のエンジン負荷を決定する様々な方法がある。例えば、発電機によって実質的にすべてのエンジン負荷が提供される場合（図１に示したように）、発電機の電気出力を監視することにより、エンジン負荷の優れた見積もりを行うことができる。電流は、例えば、発電機の出力の周りに電流変成器を設けることによって、電気負荷の最も直接の基準として監視することができる。発電機電圧が、負荷と共に測定可能な量だけ予想可能に減少することが知られているいくつかの例では、代わりに電圧を監視してもよい。しかし、大部分の場合、電流監視は、発電機の適切な電圧調整を有するシステムに好ましい。他の選択は、エンジン出力駆動シャフトトルク（又はトルクと共に予想可能に変化するある測定可能なパラメータ）の測定、あるいは例えば触媒床の上流側のマニホールド内の圧力、又は触媒の下方及び消音器の上方の排気背圧、又は他の排気絞りの測定を含む。エンジンスピードは、主要な実施形態では実質的に固定されているので、例えば、スロットル位置及び燃料流量のような他のパラメータも、エンジン負荷と共に予測可能に変化することが判明するかもしれない。
【００３２】
負荷の関数として空気噴射速度を制御する代わりの方法として、触媒効率を意味する他の測定されたパラメータの関数として、空気噴射速度を制御することができる。例えば、上述のような触媒の下流に、ＣＯセンサを設けてもよい。
【００３３】
改めて図２を参照すると、一実施形態において、排気圧センサ６２をマニホールド１６に配置して、排気マニホールド圧力を測定するか、あるいは触媒３２の下流に配置して、消音器の上流に発生された排気背圧又は他の排気絞り（図示せず）を測定することができる。空気を入口３８に供給するエアポンプが固定容量型ポンプでない場合、エンジン負荷に伴う排気背圧の変化は、噴射空気速度の相当の変動を引き起こすことがある。この変動は、エンジン負荷に伴う空気流量の所望の変化に対抗して作用する傾向があるが、この理由は、エンジン負荷と共に上昇する背圧が、ポンプ又は弁の制御の際に考慮されるべき空気噴射速度の低減を引き起こすからである。センサ６２は、任意の及び代わりの位置に示されており、いくつかの実施形態では、例えば、発電機電流又は他のある１次制御パラメータの関数として空気流量が制御される場合、センサ６２が必要でないことが理解される。
【００３４】
次に図６を参照すると、船６７に装着されたエンジン１２用の排気システム６０が示されている。排気マニホールド１６は、触媒３２と排気エルボ１８とを通して、また水が噴射された排気エルボ６５を経過して、排気ガスを通過させる。排気成分の動作温度を低減するために、冷却用海水が排気エルボ７０の入口に注入される。次に、排気ガス及び冷却水は、排気弁と水位計７５とを通過する（以下により詳細に説明する）。排気ガス及び冷却水は、Ｕベンド８５の最高点に進んで喫水線９７の上方の船体貫通取付部９０を通して船から出る前に、揚水の船舶用消音器８０に入る。一実施形態において、消音器８０は排出口９７を含む。
【００３５】
船舶用途において、排気マニホールド１６内に配置された触媒３２に、冷却用海水が接触するのを防止することが望ましい。破局的な不具合をもたらすことがある冷却用海水がエンジン１２に達するのを防止することも望ましい。図７を参照すると、排気弁及び水位計７５が示されており、これらは、水が注入された排気エルボ６５と揚水用消音器８０（図６）との間の船舶用排気マニホールド１６内に配置される。弁／水位計７５は、ハウジング１１５に組み込まれたボール弁及び水位計１１０のようなフロート弁１０５を含むことができる。ボール弁１０５は、ボール弁ガイド１２０ａ、１２０ｂの間のハウジング１１５に沿って並進運動し、ボール弁が開位置１３５に配置された場合（仮想線で図示）、ボール弁支持部１３０ａ、１３０ｂによって支持される。ボール弁１０５が閉位置に向かって上方に昇った場合（図示したように）、ボール弁１０５の表面は、弁シール領域１４０ａ、１４０ｂに沿ってハウジング１１５に接触し、これによって、弁を閉鎖する。ハウジング１１５内の上昇水位により、水位計１１０を警報レベルに向かって浮かべられ、これによって、消音器８０が過充填されていることをオペレータに警告する信号１４５が供給される。
【００３６】
図８を参照すると、エンジン１２の空燃比及び回転速度（ＲＰＭ）を実質的に同時に制御するための制御器２４の模範的な主プロセス２００が示されている。プロセス２００は、例えば、マイクロプロセッサのメモリ内に又は例えばタイマを構成する外部フラッシュＲＡＭ内に初期可変設定点をロードするためにマイクロプロセッサを初期化し、スロットル体の信号点噴射（ＳＰＩ）を初期化し、また、例えば、スロットルプレート、広帯域酸素センサ及び狭帯域酸素センサを作動するステッパモータを駆動するためのような周辺チップを構成するステップのような初期化（２０５）を含む。
【００３７】
プロセス２００は、エンジン１２を始動するための作動リレー（２１０）に電圧を印加し、遅延（２１５）を実行し、ステッパモータが完全に初期化して、オペレータによる不注意なエンジン始動の回避を可能にする。プロセス２００は、エンジン燃料ポンプに電圧を印加し（２２０）、第２の遅延（２２５）を実行し、燃料ポンプによる必要な圧力の確立を可能にし、またエンジン始動モータ用のリレーに電圧を印加し（２３０）、エンジン始動シーケンスを開始する（２３５）。プロセス２００は、ステッパモータを初期化し（２４０）、デフォルトホーム位置に戻す。
【００３８】
プロセス２００は、図９から図１１を参照して以下にそれぞれ説明するように、３つのサブルーチン４００、５００と６００の１つ以上を実行する。プロセス２００は、例えば、エンジン温度センサ、狭帯域酸素センサ及び広帯域酸素センサ、及びオイル圧力センサのようなすべてのエンジンセンサを点検するために、エンジン状態機械を更新する（２４３）。
【００３９】
プロセス２００は、エンジン状態を点検し（２４５）、停止している場合、リレーの電源を遮断し（２５０）、割り込みをディスエーブルにし、プロセスが終了する（２５５）。プロセス２００によるエンジン状態の点検時（２４５）に、エンジンが作動している場合、プロセス２００は、スロットルプレート位置用のＰＩＤ更新フラグを点検する（２６０）。プロセス２００によるＰＩＤの点検時（２６０）に、ＰＩＤ制御が通常のパラメータ内で動作している場合、「偽」値が戻され、プロセス２００はスロットルプレート位置を更新し（２６５）、ＰＩＤ更新フラグを「偽」に設定し（２７０）、また電子式燃料噴射（ＥＦＩ）のパルス幅が正常範囲外にあるかどうかを点検する（２７５）。パルス幅が通常の動作範囲内にある場合、更新フラグは「真」であり、プロセス２００は読み取り（２８０）センサに進む。
【００４０】
プロセス２００によるＰＩＤ更新フラグの点検時（２６０）に、ＰＩＤが通常のパラメータ外で動作している場合、「真」値が戻され、プロセス２００はＥＦＩ更新フラグが「真」であるかどうかを点検する（２７５）。ＥＦＩ更新フラグが「真」である場合、プロセス２００は、例えば、第１及び第２のセンサ１９、２３、冷却液温度センサ、及びＭＡＰ（マニホールド周囲圧力）センサのようなセンサを読み取る（２８０）。
【００４１】
プロセス２００は、開ループ噴射器パルス幅を計算する（２８５）。センサがセンサ動作範囲内で動作するまで、噴射器パルス幅は、例えば、燃料データ表から開ループモードで計算される。例えば、第１及び第２のセンサが狭帯域酸素センサ及び広帯域酸素センサである一実施形態において、センサは、エンジン１２が約６０Ｃに達したときに正確なデータの提供を開始する。エンジン１２が約６０Ｃに達する前に、噴射器パルス幅は開ループモードで動作する。エンジン１２が６０Ｃに達したとき、プロセス２００は閉ループモードに切り替わり、例えば、測定されたλ値で燃料表からのデータをオフセットする。λは、エンジン１２の化学量論の空燃比によって割算した動作空燃比によって規定することができる。
【００４２】
プロセス２００は、狭帯域酸素センサ（ＮＢ０２）がイネーブルであるかどうかを点検し（２９０）、これは、一実施例ではエンジンが６０Ｃに達したときに行われる。ＮＢ０２がイネーブルである場合、プロセス２００は狭帯域センサを読み取り（２９５）、短期トリム（ＳＴＴ）を計算し（３００）、また広帯域酸素センサ（ＷＢ０２）がイネーブルであるかどうかを点検し（３０５）、これは、一実施例ではエンジンが６０Ｃに達したときに行われる。ＳＴＴは、ベースパルス幅デフォルト値に加算されるか又はそれから差し引かれる燃料量である。
【００４３】
ＮＢ０２がイネーブルでない場合、プロセス２００は、ＷＢ０２がイネーブルであるかどうかを点検する（３０５）。ＷＢ０２がイネーブルである場合、プロセス２００は、ＷＢ０２センサを読み取り（３１０）、広帯域によるＳＴＴを計算し（３１５）、また閉ループ噴射器パルス幅（ＰＷ）を計算する（３２０）。プロセス２００は、燃料表を更新するために、（マイクロプロセッサの）タイマに閉ループＰＷ（ＳＴＴによって決定されるようなベースパルス幅値に加算されるか又は差し引かれる燃料量）をロードする（３２５）。プロセス２００は、噴射器がその動作範囲又は負荷サイクル外にないことを点検することによって、ＥＦＩ更新フラグをリセットし（３３０）、除氷ヒータに電圧を印加する（３３５）。除氷ヒータは、例えばカルロッド（Ｃａｌｒｏｄ）型の要素ヒータのような抵抗又は誘導加熱器であることができる。作動中、（一実施例では触媒３２の上流又は前に配置された）ＮＢ０２、及び（一実施例では触媒３２の下流又は後に配置された）ＷＢ０２の両方からの出力は、トリム調整又は空燃比の設定値からの導出に関するデータを制御器２４に提供する。
【００４４】
プロセス２００が点検し（２７５）、ＥＦＩ更新フラグが真でない場合、プロセス２００は、除氷ヒータに電圧を印加する（３３５）。プロセス２００がエンジン状態を点検し（３４０）、回転していない場合、エンジン状態の更新（２４３）に戻る。プロセス２００の点検時（３４０）に、エンジンが作動状態にある場合、プロセス２００は、ＷＢ０２の動作範囲を維持するためにヒータのＰＩＤ制御を更新する（３４５）。プロセス２００は、ＷＢ０２用のＳＴＴのＰＩ制御が更新され（３５０）、エンジン状態機械の更新（２４３）に戻る。
【００４５】
図９を参照すると、サブルーチン４００は、ＲＰＭ割り込みを計算し（４０５）、すなわち、エンジンのオーバスピード又はアンダスピード状態を点検する。サブルーチン４００は、ガバナ歯の値を点検し（４１０）、例えばマグネチックピックアップセンサのようなフライホイール磁気抵抗センサ２８で単位時間当たりのガバナ歯の数を計数することによって、エンジンスピードを測定する。サブルーチン４００は、測定されたスピードが、スピード計算毎のフライホイール歯よりも大きいかどうかを点検して（４１５）、実際のエンジンスピードが適切な速度設定値、例えば１８００ＲＰＭにあるかどうかを決定する。そうである場合、サブルーチン４００は、現在のＲＰＭを更新し（４２０）、クランクオフセット角、すなわち噴射タイミングが更新され（４２５）、またガバナ歯の値がゼロに設定される（４３０）。サブルーチン４００は、多数の、一実施例では３つのＲＰＭ計算を記憶し、タイムスタンプが押され（４３５）、また平均が計算され、ＰＩＤ制御が終了されて（４４０）更新される。サブルーチン４００が点検し（４１５）、測定されたスピードがスピード計算毎のフライホイール歯よりも大きくない場合、サブルーチン４００は終了する（４４０）。
【００４６】
図１０を参照すると、サブルーチン５００は、ＰＩＤガバナ割り込みを計算し、すなわち、ＰＩＤ制御の通常の動作範囲を計算し（５０５）、範囲を越えた場合、エンジン１２が停止する。サブルーチン５００は、システム利得（Ｋ）を計算し（５１０）、比例項（Ｐ）を計算し（５１５）、積分項（Ｉ）を計算し（５２０）、微分項（Ｄ）を計算し（５２５）、また所定のエンジン負荷のスロットルプレートを計算するために、Ｐ、Ｉ及びＤの項を合計して（５３０）ＰＩＤを決定する。サブルーチン５００は、ＰＩＤ更新フラグを偽に設定し（５３５）、終了する（５４０）。
【００４７】
図１１を参照すると、サブルーチン６００は、燃料噴射器割り込みを、すなわち、燃料噴射器が通常の動作範囲内で作動しているかどうかを点検することによって（６０５）噴射器タイミングを計算し、またタイマ状態を点検し、すなわち、燃料噴射器が適切に作動しているかどうかを点検する（６０５）。タイマ状態点検が適切に動作している場合、サブルーチン６００は、パルスを噴射器に送り（６１５）、ＥＦＩ更新を「真」に設定し（６２０）、すなわち、噴射器のパルス幅を計算して、噴射器を標準デフォルト位置に設定する。
【００４８】
サブルーチン６００は、適切なクランクオフセット角時間に割り込むようにタイマを再設定し（６２５）、すなわち、クランク角オフセットの設定点を点検する。本出願で使用されているように、「クランクオフセット角」は、スパークイベントから噴射器へのパルス送信までの遅延角度を指す。サブルーチン６００は、噴射器タイミングを設定することによってタイマ状態を「遅延」に設定し（６３０）、終了する（６３５）。時間状態点検（６０５）が「噴射」に等しくない場合、サブルーチン６００は、時間状態を「噴射」に設定し（６４０）、終了する（６３５）。
【００４９】
本発明のいくつかの実施形態について説明してきた。例えば、上述のようなエンジン１２は、船舶用途の推進用に使用することができる。にもかかわらず、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、種々の修正を行うことが可能であることが理解される。したがって、他の実施形態は、次の特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】船舶用エンジン発電機セットの斜視図である。
【図２】図１のエンジン発電機セットの排気マニホールド及びエルボを通した流れを示した概略断面図である。
【図３】代わりの第２の排気マニホールド構造及び触媒配置の図面である。
【図４】エンジン排気マニホールドの斜視図である。
【図５】図４のマニホールドの部分断面図である。
【図６】本発明による船舶用排気システムの概略図である。
【図７】船舶用排気システムに収容されたフロート弁及び水位計の詳細図である。
【図８】図１のシステムの模範的な主プロセスを表したフローチャートである。
【図９】図８のプロセスによって呼び出すことができる模範的なプログラムサブルーチンを表したフローチャートである。
【図１０】図８のプロセスによって呼び出すことができる模範的なプログラムサブルーチンを表したフローチャートである。
【図１１】図８のプロセスによって呼び出すことができる模範的なプログラムサブルーチンを表したフローチャートである。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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