(57)【要約】【課題】  本発明は、キャリーオーバーが発生しているか否かを判定できる舶用エンジンシステムのＥＧＲユニットを提供する。【解決手段】  本発明の一形態に係る舶用エンジンシステム（１００）のＥＧＲユニット（３０）は、洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄した後に、ミスト除去部（４３）によってＥＧＲガスに含まれた洗浄液を捕集する洗浄装置（４０）と、ミスト除去部（４３）の上流側と下流側の差圧を取得し、当該差圧が閾値を超えたときにキャリーオーバーが発生していると判定する演算制御装置（９０）と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄した後に、ミスト除去部によってＥＧＲガスに含まれた洗浄液を捕集する洗浄装置と、
前記ミスト除去部の上流側と下流側の差圧を取得し、当該差圧が閾値を超えたときにキャリーオーバーが発生していると判定する演算制御装置と、を備えた舶用エンジンシステムのＥＧＲユニット。
【請求項２】
前記閾値はエンジン負荷及びＥＧＲ率、又はエンジン負荷及び排気ガスの循環率に基づいて設定される、請求項１に記載のＥＧＲユニット。
【請求項３】
洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄する洗浄装置と、
前記洗浄装置における洗浄液の消費量が、前記洗浄装置における洗浄液の蒸発量よりも大きいときにキャリーオーバーが発生していると判定する演算制御装置と、を備えた舶用エンジンシステムのＥＧＲユニット。
【請求項４】
前記蒸発量は、洗浄前のＥＧＲガスに含まれる水蒸気量と洗浄後のＥＧＲガスに含まれる水蒸気量の差に基づいて算出される、請求項３に記載のＥＧＲユニット。
【請求項５】
洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄する洗浄装置と、
前記洗浄装置の下流側に配置され、ＥＧＲガスを冷却する冷却器と、
前記冷却器からのドレン量が、ＥＧＲガスを前記冷却器で冷却することで発生する凝縮水の量よりも所定量大きいときにキャリーオーバーが発生していると判定する演算制御装置と、を備えた舶用エンジンシステムのＥＧＲユニット。
【請求項６】
洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄する洗浄装置と、
前記洗浄装置の下流側に配置され、ＥＧＲガスを冷却する冷却器と、
前記冷却器で発生又は捕獲した液体を洗浄液として使用するために溜めておく溜液部と、
ＥＧＲガスが前記洗浄装置及び前記冷却器を通過する際に減少した当該ＥＧＲガスの水分量に比べて、前記溜液部に溜められた洗浄液の増加量が少ないときにキャリーオーバーが発生していると判定する演算制御装置と、を備えた舶用エンジンシステムのＥＧＲユニット。
【請求項７】
前記演算制御装置は、キャリーオーバーが発生していると判定したとき、前記洗浄装置を通過するＥＧＲガスの流量を減少させる、請求項１乃至６のうちいずれか一の項に記載のＥＧＲユニット。
【請求項８】
前記演算制御装置は、キャリーオーバーが発生していると判定したとき、洗浄時にＥＧＲガスが接する洗浄液の量を減少させる、請求項１乃至６のうちいずれか一の項に記載のＥＧＲユニット。
【請求項９】
前記演算制御装置は、キャリーオーバーが発生していると判定したとき、ＥＧＲユニットから排出されるＥＧＲガスの流量を減少させる、請求項１乃至６のうちいずれか一の項に記載のＥＧＲユニット。
【請求項１０】
洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄する洗浄装置と、
演算制御装置と、を備え、
前記洗浄装置は、ＥＧＲガスに含まれた洗浄液を捕集するミスト除去部と、該ミスト除去部を清掃するよう作動する清掃装置と、を有し、
前記演算制御装置は、前記ミスト除去部の上流側と下流側の差圧が所定の閾値を超え、かつ、前記洗浄装置における洗浄液の消費量が前記洗浄装置における洗浄液の蒸発量よりも大きくないとき、前記ミスト除去部を清掃するよう前記清掃装置を作動させる、舶用エンジンシステムのＥＧＲユニット。
【請求項１１】
洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄する洗浄装置と、
前記洗浄装置の下流側に配置され、ＥＧＲガスを冷却する冷却器と、
演算制御装置と、を備え、
前記洗浄装置は、ＥＧＲガスに含まれた洗浄液を捕集するミスト除去部と、該ミスト除去部を清掃するよう作動する清掃装置と、を有し、
前記演算制御装置は、前記ミスト除去部の上流側と下流側の差圧が所定の閾値を超え、かつ、前記冷却器から排出されるドレン量がＥＧＲガスを前記冷却器で冷却することで発生する凝縮水の量よりも所定量大きくないとき、前記ミスト除去部を清掃するよう前記清掃装置を作動させる、舶用エンジンシステムのＥＧＲユニット。
【請求項１２】
洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄した後に、ミスト除去部によってＥＧＲガスに含まれた洗浄液を捕集する洗浄装置と、
前記ミスト除去部の上流側と下流側の差圧を取得し、当該差圧が閾値を超えたときに所定の処理を行う演算制御装置と、を備えた舶用エンジンシステムのＥＧＲユニット。
【請求項１３】
洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄する洗浄装置と、
前記洗浄装置における洗浄液の消費量が、前記洗浄装置における洗浄液の蒸発量よりも大きいときに所定の処理を行う演算制御装置と、を備えた舶用エンジンシステムのＥＧＲユニット。
【請求項１４】
洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄する洗浄装置と、
前記洗浄装置の下流側に配置され、ＥＧＲガスを冷却する冷却器と、
前記冷却器からのドレン量が、ＥＧＲガスを前記冷却器で冷却することで発生する凝縮水の量よりも所定量大きいときに所定の処理を行う演算制御装置と、を備えた舶用エンジンシステムのＥＧＲユニット。
【請求項１５】
洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄する洗浄装置と、
前記洗浄装置の下流側に配置され、ＥＧＲガスを冷却する冷却器と、
前記冷却器で発生又は捕獲した液体を洗浄液として使用するために溜めておく溜液部と、
ＥＧＲガスが前記洗浄装置及び前記冷却器を通過する際に減少した当該ＥＧＲガスの水分量に比べて、前記溜液部に溜められた洗浄液の増加量が少ないときに所定処理を行う演算制御装置と、を備えた舶用エンジンシステムのＥＧＲユニット。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のうちいずれか一の項に記載のＥＧＲユニットを備えた舶用エンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスの一部をエンジンに再循環させるＥＧＲユニットに関し、特に再循環させる排気ガスを洗浄する洗浄装置を備えた舶用エンジンシステムのＥＧＲユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンから排出されるＮＯｘの量を低減させる技術として、排気ガスの一部を抽出してエンジンに再循環させる排気再循環（Exhaust Gas Recirculation；以下、「ＥＧＲ」と称す）がある。特に、舶用エンジンシステムにおいて、再循環させる排気ガス（以下、「ＥＧＲガス」と称する）にカーボンなどの浮遊粒子状物質（Suspended Particulate Matter；以下、「ＳＰＭ」と称す）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）が多く含まれるような場合には、ＥＧＲユニット内で湿式の洗浄装置（スクラバ）を用いてＥＧＲガスを洗浄するのが一般的である。
【０００３】
洗浄装置を有するＥＧＲユニットでは、洗浄装置で発生する霧状の洗浄液（以下、「洗浄液ミスト」と称する）が洗浄装置よりも下流に持ち越されたり、洗浄装置よりも下流に位置する冷却器のさらに下流に持ち越されたりする「キャリーオーバー」という現象が生じることがある。キャリーオーバーが生じ、その結果として、洗浄液ミストがエンジンや補機に入り込むと、摺動部の摺動不良により焼き付きが発生するなどの問題が生じる可能性がある。なお、洗浄装置を通過したＥＧＲガスは飽和状態にあるため、キャリーオーバーが生じなくとも、ミスト除去部や冷却器の下流側では凝縮によって水滴が発生することもある。しかしながら、凝縮で生じる水滴はわずかであり、これだけではエンジン等に問題が生じることはない。
【０００４】
上記のように、キャリーオーバーは非常に危険な現象であり、キャリーオーバーが発生しているか否かだけでも検知できれば、ＥＧＲユニット及びこれを含むエンジンシステムの信頼性は向上する。ところが、キャリーオーバーを検知できるＥＧＲユニットはこれまでには、存在しない。キャリーオーバーはＥＧＲガスに水滴が含まれる現象であるから、空気中の水滴を検出できる装置を用いれば、キャリーオーバーが発生しているか否かを判断できるはずである。ＥＧＲの技術分野からは離れるが、空気中の水滴を検出する装置としては、絶縁部に水滴が付着することで生じる電流変化を利用したもの（特許文献１参照）、水滴に光を照射すると散乱光が発生することを利用したもの（特許文献２参照）、画像処理により水滴を検出するものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１５４６５４号公報
【特許文献２】特開２０１１−２７７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上述した装置のうち、水滴の付着によって水滴を検出する装置は、凝縮によって生じる水滴にも反応してしまうため、キャリーオーバーが発生しているか否かの判定に用いることはできない。また、散乱光を利用する装置は、ＥＧＲガスが通過する配管壁による反射光も検出してしまうため、この装置もキャリーオーバーが発生しているか否かの判定に用いることはできない。さらに、画像処理による装置は、エンジン付近の高温で振動が発生するという環境下では使用することはできない。このように従来からある水滴を検出する装置を用いて、キャリーオーバーが発生しているか否かを判定するのは非常に難しい。そこで、発明者らは、キャリーオーバーが発生しているか否かを判定する方法として、水滴を直接検出する以外の方法について検討を行った。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、キャリーオーバーが発生しているか否かを判定できる舶用エンジンシステムのＥＧＲユニットを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある形態に係る舶用エンジンシステムのＥＧＲユニットは、洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄した後に、ミスト除去部によってＥＧＲガスに含まれた洗浄液を捕集する洗浄装置と、前記ミスト除去部の上流側と下流側の差圧を取得し、当該差圧が閾値を超えたときにキャリーオーバーが発生していると判定する演算制御装置と、を備えている。
【０００９】
ここで、発明者らの試験により、洗浄液ミストが洗浄装置よりも下流に持ち越されるようなキャリーオーバーが発生するとミスト除去部の上流側と下流側の差圧が急激に上昇することが判明した。そのため、上記のように当該差圧が閾値を超えたときにキャリーオーバーが発生していると判定すれば、確実にキャリーオーバーの発生を検知することができる。
【００１０】
上記のＥＧＲユニットにおいて、前記閾値はエンジン負荷及びＥＧＲ率、又はエンジン負荷及び排気ガスの循環比率に基づいて設定されてもよい。かかる構成によれば、適切な閾値を設定することができる。
【００１１】
本発明の他の形態に係る舶用エンジンシステムのＥＧＲユニットは、洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄する洗浄装置と、前記洗浄装置における洗浄液の消費量が、前記洗浄装置における洗浄液の蒸発量よりも大きいときにキャリーオーバーが発生していると判定する演算制御装置と、を備えている。
【００１２】
洗浄液ミストが洗浄装置よりも下流に持ち越されるようなキャリーオーバーが発生すると、ＥＧＲガスに含まれる水蒸気のみならず霧状の洗浄液も洗浄装置よりも下流へと流れるため、洗浄液の消費量は洗浄液の蒸発量を上回ることになる。そのため、上記のように、洗浄液の消費量が蒸発量よりも大きいときには、キャリーオーバーが発生していると判定することができる。
【００１３】
上記のＥＧＲユニットにおいて、前記蒸発量は、洗浄前のＥＧＲガスに含まれる水蒸気量と洗浄後のＥＧＲガスに含まれる水蒸気量の差に基づいて算出されていてもよい。かかる構成によれば、確実に蒸発量を算出することができ、ひいては確実にキャリーオーバーが発生しているか否かを判定することができる。
【００１４】
本発明のさらに他の形態に係る舶用エンジンシステムのＥＧＲユニットは、洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄する洗浄装置と、前記洗浄装置の下流側に配置され、ＥＧＲガスを冷却する冷却器と、前記冷却器からのドレン量が、ＥＧＲガスを前記冷却器で冷却することで発生する凝縮水の量よりも所定量大きいときにキャリーオーバーが発生していると判定する演算制御装置と、を備えている。
【００１５】
洗浄液ミストが洗浄装置よりも下流に持ち越されるようなキャリーオーバーが発生すると、冷却器では凝縮水のみならず洗浄液ミストも捕集されるため、ドレン量が凝縮水の量よりも大きくなる。そのため、上記のように、ドレン量が凝縮水の量よりも所定量大きいときには、キャリーオーバーが発生していると判定することができる。
【００１６】
本発明のさらに他の形態に係る舶用エンジンシステムのＥＧＲユニットは、洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄する洗浄装置と、前記洗浄装置の下流側に配置され、ＥＧＲガスを冷却する冷却器と、前記冷却器で発生又は捕獲した液体を洗浄液として使用するために溜めておく溜液部と、ＥＧＲガスが前記洗浄装置及び前記冷却器を通過する際に減少した当該ＥＧＲガスの水分量に比べて、前記溜液部に溜められた洗浄液の増加量が少ないときにキャリーオーバーが発生していると判定する演算制御装置と、を備えている。
【００１７】
通常、ＥＧＲガスは洗浄装置及び冷却器を通過する際に冷却されるため、ＥＧＲガスに含まれる水分は凝縮し、凝縮水が発生する。そのため、洗浄液が溜められる溜液部にこの凝縮水が供給されると、発生した凝縮水の量だけ溜液部内の洗浄液が増えてゆくことになる。ところが、洗浄液ミストが冷却器の下流に持ち越されるようなキャリーオーバーが発生すると、一部の洗浄液が溜液部に戻らないため、発生した凝縮水の量に比べて洗浄液の増加量が少なくなる。よって、ＥＧＲガスが洗浄装置及び冷却器を通過する際に減少した水分量に比べて、溜液部に溜められた洗浄液の増加量が少ないときには、キャリーオーバーが発生していると判定することができる。
【００１８】
上記のＥＧＲユニットにおいて、前記演算制御装置は、キャリーオーバーが発生していると判定したとき、前記洗浄装置を通過するＥＧＲガスの流量を減少させてもよい。かかる構成によれば、ミスト除去部で処理可能な量にまで洗浄液ミストの量を抑えることができ、又は洗浄装置の下流側へ流れる洗浄液ミストの流量を低減させることができる。そのため、例えばＥＧＲユニットがミスト除去部を有している場合、従来に比べて処理能力を抑えたミスト除去部を用い、キャリーオーバーが発生したときにはこれを回避するという運用を行うことができる。そのため、ミスト除去部を小型化することができる。
【００１９】
上記のＥＧＲユニットにおいて、前記演算制御装置は、キャリーオーバーが発生していると判定したとき、洗浄時にＥＧＲガスが接する洗浄液の量を減少させてもよい。かかる構成の場合も、ミスト除去部で処理可能な量にまで洗浄液ミストの量を抑えることができ、又は洗浄装置の下流側へ流れる洗浄液ミストの流量を低減させることができる。
【００２０】
上記のＥＧＲユニットにおいて、前記演算制御装置は、キャリーオーバーが発生していると判定したとき、ＥＧＲユニットから排出されるＥＧＲガスの流量を減少させてもよい。かかる構成によれば、少なくとも洗浄装置の下流側へ流れる洗浄液ミストの流量を低減させることができる。
【００２１】
本発明のさらに他の形態に係る舶用エンジンシステムのＥＧＲユニットは、洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄する洗浄装置と、演算制御装置と、を備え、前記洗浄装置は、ＥＧＲガスに含まれた洗浄液を捕集するミスト除去部と、該ミスト除去部を清掃するよう作動する清掃装置と、を有し、前記演算制御装置は、前記ミスト除去部の上流側と下流側の差圧が所定の閾値を超え、かつ、前記洗浄装置における洗浄液の消費量が前記洗浄装置における洗浄液の蒸発量よりも大きくないとき、前記ミスト除去部を清掃するよう前記清掃装置を作動させる。
【００２２】
洗浄装置がミスト除去部を有する場合、キャリーオーバーが発生するとミスト除去部の上流側と下流側の差圧が急激に上昇する。そのため、当該差圧が閾値を超えたときにキャリーオーバーが発生していると判定することが可能である。ただし、ミスト除去部の上流側と下流側の差圧が大きくなる要因としては、キャリーオーバーの発生以外に、異物によるミスト除去部の目詰まりも考えられる。ミスト除去部の上流側と下流側の差圧が所定の閾値を超えたとしても、洗浄装置における洗浄液の消費量が洗浄装置における洗浄液の蒸発量よりも大きくないときには、ミスト除去部の目詰まりの可能性は高い。上記の構成では、ミスト除去部の上流側と下流側の差圧が所定の閾値を超え、かつ、洗浄装置における洗浄液の消費量が洗浄装置における洗浄液の蒸発量よりも大きくないときには、ミスト除去部を清掃するため、ミスト除去部の目詰まりが解消され、安定したキャリーオーバーの判定が可能である。
【００２３】
本発明のさらに他の形態に係る舶用エンジンシステムのＥＧＲユニットは、洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄する洗浄装置と、前記洗浄装置の下流側に配置され、ＥＧＲガスを冷却する冷却器と、演算制御装置と、を備え、前記洗浄装置は、ＥＧＲガスに含まれた洗浄液を捕集するミスト除去部と、該ミスト除去部を清掃するよう作動する清掃装置と、を有し、前記演算制御装置は、前記ミスト除去部の上流側と下流側の差圧が所定の閾値を超え、かつ、前記冷却器からのドレン量がＥＧＲガスを前記冷却器で冷却することで発生する凝縮水の量よりも所定量大きくないとき、前記ミスト除去部を清掃するよう前記清掃装置を作動させる。
【００２４】
ミスト除去部の上流側と下流側の差圧が所定の閾値を超えたとしても、冷却器からのドレン量がＥＧＲガスを冷却器で冷却することで発生する凝縮水の量よりも所定量大きくないときにはミスト除去部で目詰まりが生じている可能性が高い。上記の構成によれば、このような場合にミスト除去部を清掃するため、ミスト除去部の目詰まりを解消することができ、安定したキャリーオーバーの判定が可能である。
【００２５】
本発明のさらに他の形態に係る舶用エンジンシステムのＥＧＲユニットは、洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄した後に、ミスト除去部によってＥＧＲガスに含まれた洗浄液を捕集する洗浄装置と、前記ミスト除去部の上流側と下流側の差圧を取得し、当該差圧が閾値を超えたときに所定の処理を行う演算制御装置と、を備えている。
【００２６】
本発明のさらに他の形態に係る舶用エンジンシステムのＥＧＲユニットは、洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄する洗浄装置と、前記洗浄装置における洗浄液の消費量が、前記洗浄装置における洗浄液の蒸発量よりも大きいときに所定の処理を行う演算制御装置と、を備えている。
【００２７】
本発明のさらに他の形態に係る舶用エンジンシステムのＥＧＲユニットは、洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄する洗浄装置と、前記洗浄装置の下流側に配置され、ＥＧＲガスを冷却する冷却器と、前記冷却器からのドレン量が、ＥＧＲガスを前記冷却器で冷却することで発生する凝縮水の量よりも所定量大きいときに所定の処理を行う演算制御装置と、を備えている。
【００２８】
本発明のさらに他の形態に係る舶用エンジンシステムのＥＧＲユニットは、洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄する洗浄装置と、前記洗浄装置の下流側に配置され、ＥＧＲガスを冷却する冷却器と、前記冷却器で発生又は捕獲した液体を洗浄液として使用するために溜めておく溜液部と、ＥＧＲガスが前記洗浄装置及び前記冷却器を通過する際に減少した当該ＥＧＲガスの水分量に比べて、前記溜液部に溜められた洗浄液の増加量が少ないときに所定処理を行う演算制御装置と、を備えている。
【００２９】
本発明のある形態に係る舶用エンジンシステムは、上記のＥＧＲユニットを備えている。
【発明の効果】
【００３０】
以上のとおり、上記のＥＧＲユニットによれば、キャリーオーバーの発生を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るエンジンシステムのブロック図である。
【図２】図２は、ＥＧＲガスの流速と前後差圧との関係を示した図である。
【図３】図３は、第１の判定方法のフローチャートである。
【図４】図４は、図２に、上記制御に用いる閾値の曲線等を重ねた図である。
【図５】図５は、閾値の設定方法の一例を示すグラフである。
【図６】図６は、第２の判定方法のフローチャートである。
【図７】図７は、第３の判定方法のフローチャートである。
【図８】図８は、第４の判定方法のフローチャートである。
【図９】図９は、第５の判定方法のフローチャートである。
【図１０】図１０は、第６の判定方法のフローチャートである。
【図１１】図１１は、第１変形例に係るエンジンシステムのブロック図である。
【図１２】図１２は、第２変形例に係るエンジンシステムのブロック図である。
【図１３】図１３は、第３変形例に係るエンジンシステムのブロック図である。
【図１４】図１４は、第４変形例に係るエンジンシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。
【００３３】
＜エンジンシステム＞
まず、図１を参照して、エンジンシステム１００の全体構成について説明する。図１は、本実施形態に係るエンジンシステム１００のブロック図である。図１のうち太い破線はエンジン１０に供給される供給ガスの流れを示しており、太い実線はエンジン１０から排出された排気ガスの流れを示している。なお、後述するように、本実施形態のエンジン１０は２ストロークエンジンであるため、上記の「供給ガス」はいわゆる「掃気ガス」である。ただし、エンジン１０が４ストロークエンジンの場合には、いわゆる「給気ガス」となる。
【００３４】
図１に示すように、本実施形態に係るエンジンシステム１００は、舶用エンジンシステムであって、エンジン１０と、過給器２０と、ＥＧＲユニット３０と、を備えている。本実施形態のエンジン１０は、船舶用の２ストロークディーゼルエンジンである。ただし、エンジン１０は、これ以外のエンジンであってもよい。過給器２０は、外部から取り込んだ大気をコンプレッサ部２１で圧縮し、圧縮した大気を供給ガスとしてエンジン１０へ供給する。コンプレッサ部２１はタービン部２２に連結されており、タービン部２２が排気ガスを駆動源として回転するのに伴って回転する。ＥＧＲユニット３０は、エンジン１０から排出された排気ガスの一部を抽出し、抽出した排気ガス（ＥＧＲガス）をエンジン１０に戻して再循環させるユニットである。既に燃焼した排気ガスをエンジン１０に戻すことで、供給ガスの酸素濃度が下がり、エンジン１０における燃焼温度が低下する。その結果、エンジン１０から排出されるＮＯｘの排出量を低減することができる。
【００３５】
＜ＥＧＲユニット＞
次に、図１を参照して、本実施形態に係るＥＧＲユニット３０の構成について説明する。図１に示すように、ＥＧＲユニット３０は、洗浄装置４０と、ＥＧＲブロワ６０と、冷却器７０と、補給タンク８０と、演算制御装置９０と、を備えている。以下、これらの各構成要素について順に説明する。
【００３６】
洗浄装置（スクラバ）４０は、ＥＧＲガスを洗浄する装置である。本実施形態のエンジン１０は、重油を燃料としていることから、ＥＧＲガスには多量のＳＰＭ及びＳＯｘ（以下、「ＳＰＭ等」と称す）が含まれる。ＥＧＲガスを洗浄せずにエンジン１０に戻すと、ＥＧＲガスに含まれるＳＰＭ等がエンジン１０に悪影響を及ぼす。そこで、この洗浄装置４０によりＥＧＲガスからＳＰＭ等を取り除いたうえで、ＥＧＲガスをエンジン１０に供給している。本実施形態の洗浄装置４０は、噴射式の洗浄装置であり、洗浄液を噴射する噴射部４１を有している。洗浄装置４０にＥＧＲガスが流れ込むと、噴射部４１から洗浄水が噴射される。これにより、洗浄液がＥＧＲガス中のＳＰＭを捕獲し、粒径の大きな洗浄液は自重で落下し、粒径の小さな洗浄液は、ＥＧＲガスとともに後述するミスト除去部４３に搬送される。
【００３７】
洗浄装置４０では洗浄液を再利用しており、噴射部４１から噴射される洗浄液は、洗浄装置４０の容器の底に溜まった洗浄液を洗浄液ポンプ４２で汲み上げたものである。そのため、洗浄液ポンプ４２の回転速度を増減させることで、噴射部４１から噴射される洗浄液の量、ひいては洗浄時にＥＧＲガスが接する洗浄液の量（以下、「接液量」と称す）を調整することができる。なお、本実施形態の洗浄装置４０は噴射式の洗浄装置であるが、洗浄装置４０は溜水式等他の方式の洗浄装置であってもよい。溜水式の洗浄装置の場合、洗浄液を溜めた容器の底にＥＧＲガスを送り込み、ＥＧＲガスが洗浄液の水面に浮かんでくる間にＥＧＲガスと洗浄液を接触させ、これによりＥＧＲガスからＳＰＭ等を除去する。この場合、容器に溜めた洗浄液の水位を上下させれば、接液量を調整することができる。
【００３８】
洗浄装置４０は、洗浄液ミストを捕集するミスト除去部４３を有している。本実施形態のミスト除去部４３は、いわゆるデミスタであって、細い金属線を編み込んで形成されている。ただし、ミスト除去部４３は、ミストキャッチャー、又は、じゃま板であってもよい。洗浄液ミストを含んだＥＧＲガスがミスト除去部４３を通過しようとすると、洗浄液ミストがミスト除去部４３に捕獲される。そして、捕獲された洗浄液ミストが集まってある程度大きくなると、自重によって洗浄装置４０側の底に落下する。このように、捕集した洗浄液ミストは、洗浄装置４０に戻される。なお、ミスト除去部４３の処理能力を超える量の洗浄液ミストが通過しようとすると、ミスト除去部４３が水封し、キャリーオーバーが発生する。なお、本実施形態の洗浄装置４０では、ミスト除去部４３が１個所に設けられているが、ＥＧＲガスの流れ方向の複数個所に設けられていてもよい。
【００３９】
また、洗浄装置４０は、ミスト除去部４３を清掃するための清掃装置４４を有している。ミスト除去部４３の内部ではＥＧＲガス中のＳＰＭが堆積するなどして、ミスト除去部４３に目詰まりが生じる場合がある。このような場合には、清掃装置４４によって目詰まりを解消することができる。本実施形態の清掃装置４４は、ミスト除去部４３に浄水を吹き付けるよう構成された洗浄式の清掃装置である。ただし、清掃装置４４は、高圧空気を吹き付けるものであってもよく、また、ミスト除去部４３を振動させて目詰まりの原因となる物質を落とすように構成されていてもよい。清掃装置４４は演算制御装置９０と電気的に接続されており、演算制御装置９０から送信された制御信号によって、清掃装置４４は作動する。清掃装置４４を作動させるタイミングについては後述する。
【００４０】
洗浄装置４０には、ミスト除去部４３の上流側と下流側の両側から圧力を取得する差圧計４５が設けられている。差圧計４５はミスト除去部４３の上流側と下流側の差圧（以下、「前後差圧」と称する）Ｐｄを測定する。なお、ミスト除去部４３が複数箇所に配置されている場合には、それぞれのミスト除去部４３に対応して差圧計４５を設けるのが望ましいが、いずれか一つのミスト除去部４３に対応して差圧計４５を設けてもよい。また、上記の差圧計４５に代えて、ミスト除去部４３の上流側と下流側のそれぞれに圧力計を設け、これらの圧力計から送信された測定信号に基づいて演算制御装置９０が前後差圧を算出（取得）するように構成してもよい。さらに、洗浄装置４０には、洗浄装置４０に溜まった洗浄液の液面高さＨ１を測定する第１液面計４６が設けられている。
【００４１】
また、洗浄装置４０の入口には、第１圧力計４７、第１温度計４８、及びガス流量計４９が設けられている。第１圧力計４７は洗浄前のＥＧＲガスの圧力Ｐ１を測定し、第１温度計４８は洗浄前のＥＧＲガスの温度Ｔ１を測定し、ガス流量計４９は洗浄装置４０に流れ込むＥＧＲガス（乾きガス）の流量Ｑｇを測定する。さらに、洗浄装置４０のうちミスト除去部４３の下流側には、第２圧力計５０及び第２温度計５１が設けられている。第２圧力計５０は洗浄後のＥＧＲガスの圧力Ｐ２を測定し、第２温度計５１は洗浄後のＥＧＲガスの温度Ｔ２を測定する。上述した差圧計４５、第１液面計４６、第１圧力計４７、第１温度計４８、ガス流量計４９、第２圧力計５０、及び第２温度計５１は、それぞれ演算制御装置９０と電気的に接続されており、測定信号を演算制御装置９０へと送信する。
【００４２】
ＥＧＲブロワ６０は、ＥＧＲガスを昇圧する装置である。ＥＧＲブロワ６０は、回転速度を増減させることで、ＥＧＲガスの流量を調整することができる。本実施形態のＥＧＲブロワ６０は、回転速度とＥＧＲガスの流量が比例関係にある容積式のブロワであり、電動モータ６１によって駆動される。電動モータ６１は演算制御装置９０と電気的に接続されており、演算制御装置９０から送信された制御信号によって、電動モータ６１の回転速度、ひいてはＥＧＲガスの流量が設定される。
【００４３】
冷却器（ガスクーラー）７０は、ＥＧＲガスを冷却する装置である。本実施形態では、冷却器７０は、ＥＧＲブロワ６０の下流側に配置されている。なお、ＥＧＲブロワ６０は、冷却器７０の下流側に配置されていてもよい。冷却器７０は、冷却器本体７１と凝縮水捕集部７２とを有している。冷却器本体７１は、ＥＧＲガスを供給ガスの温度にまで低下させることができる。ＥＧＲガスは洗浄によって飽和温度にまで下がるが、冷却器本体７１によってＥＧＲガスを供給ガスの温度にまでさらに低下させることにより、ＥＧＲガスが供給ガスに合流した際に凝縮水が生じるのを防ぎ、エンジン１０内への水分混入を防ぐことができる。冷却器本体７１によってＥＧＲガスが冷却されると、ＥＧＲガスに含まれる水蒸気が凝縮して凝縮水となる。この凝縮水は洗浄液として再利用するため、冷却器本体７１のドレンポートから排出されて集められる。なお、キャリーオーバーが発生している場合、凝縮水のみならず、ＥＧＲガスに含まれる洗浄液ミストも冷却器本体７１のドレンポートから排出される。
【００４４】
凝縮水捕集部７２は、冷却器本体７１の下流に配置された、いわゆるミストキャッチャーであって、冷却器本体７１で発生した凝縮水（洗浄液）を捕集する装置である。凝縮水捕集部７２は、もともと凝縮水を捕集するものであるが、キャリーオーバーが発生している場合には、ＥＧＲガスに含まれる洗浄液ミストも捕集する。捕集した洗浄液は、凝縮水捕集部７２のドレンポートから排出される。凝縮水捕集部７２から排出された洗浄液は、冷却器本体７１から排出された洗浄液とドレン管７７で合流し、補給タンク８０へと流れる。ドレン管７７には、ドレン流量計７８が配置されている。このドレン流量計７８は、冷却器７０（冷却器本体７１及び凝縮水捕集部７２）から排出された洗浄液の量（以下、「ドレン量」と称す）Ｑｄを測定することができる。なお、本実施形態の冷却器７０は、凝縮水捕集部７２を有しているが、冷却器本体７１が凝縮水を全て捕集できるように構成されていれば、凝縮水捕集部７２を省略しても良い。
【００４５】
冷却器７０のＥＧＲガスの入口には、第３圧力計７３、第３温度計７４が設けられている。第３圧力計７３は冷却器７０による冷却前のＥＧＲガスの圧力Ｐ３を測定し、第３温度計７４は冷却器７０による冷却前のＥＧＲガスの温度Ｔ３を測定する。また、凝縮水捕集部７２のＥＧＲガスの出口には、第４圧力計７５、第４温度計７６が設けられている。第４圧力計７５は冷却器７０による冷却後のＥＧＲガスの圧力Ｐ４を測定し、第４温度計７６は冷却器７０による冷却後のＥＧＲガスの温度Ｔ４を測定する。上記の第３圧力計７３、第３温度計７４、第４圧力計７５、及び第４温度計７６は、それぞれ演算制御装置９０と電気的に接続されており、測定信号を演算制御装置９０へと送信する。
【００４６】
補給タンク８０は、冷却器７０で発生又は捕獲した液体を、洗浄装置４０で洗浄液として使用するために溜めておくタンクである。冷却器７０から排出された洗浄液は、この補給タンク８０に流れ込む。補給タンク８０の下流側には貯蔵している洗浄液を洗浄装置４０へ送り出すための供給ポンプ８１が設けられている。供給ポンプ８１は、演算制御装置９０と電気的に接続されており、演算制御装置９０から送信された制御信号によって制御される。また、供給ポンプ８１の下流側には、洗浄装置４０に供給する洗浄液の流量Ｑｆを測定する供給流量計８２が設けられている。供給流量計８２は、演算制御装置９０と電気的に接続されており、測定信号を演算制御装置９０へと送信する。さらに、補給タンク８０には、補給タンク８０に溜められた洗浄液の液面高さＨ２を測定する第２液面計８３が設けられている。第２液面計８３は、演算制御装置９０と電気的に接続されており、測定信号を演算制御装置９０へと送信する。
【００４７】
ここで、本実施形態では、洗浄装置４０に溜められた洗浄液の液面高さＨ１が一定になるよう制御が行われる。まず、演算制御装置９０は、洗浄装置４０に設けられた第１液面計４６の測定信号に基づいて液面高さＨ１を取得する。そして、演算制御装置９０は、取得した液面高さＨ１が所定の高さよりも低いと判定すると、液面高さＨ１が所定の高さになるまで供給ポンプ８１を駆動する。本実施形態ではこのように制御されているため、補給タンク８０から洗浄装置４０へ供給した洗浄液の量、すなわち供給流量計８２によって測定した洗浄液の流量が、洗浄装置４０における洗浄液の消費量であると考えることができる。なお、本実施形態とは異なり、液面高さが下がっても洗浄液が洗浄装置４０に供給されないような制御が行われる場合は、第１液面計４６によって測定した液面高さＨ１の変動量を取得することで、洗浄装置４０における洗浄液の消費量を算出することができる。
【００４８】
演算制御装置９０は、ＥＧＲユニット３０全体を制御する装置であって、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されている。上述したように演算制御装置９０は、各計器と電気的に接続されており、これらの計器から送信される測定信号に基づいて、ＥＧＲガスに関する情報及び洗浄液に関する情報等を取得する。そして、演算制御装置９０は、これらの情報に基づいて種々の演算を実行する。また、演算制御装置９０は、計器以外の各機器とも電気的に接続されており、これらの機器に制御信号を送信する。
【００４９】
＜第１の判定方法＞
次に、第１のキャリーオーバー判定方法について説明する。ここで、発明者らは、洗浄液ミストが洗浄装置４０よりも下流に持ち越されるようなキャリーオーバーが発生すると、ミスト除去部４３における圧力損失、つまりミスト除去部４３の上流側と下流側の差圧（前後差圧）が急激に増大することを試験により発見した。図２は、ＥＧＲガスの流速と前後差圧の関係を示した図である。なお、ＥＧＲガスの流速が大きければ、ミスト除去部４３を通過する洗浄液ミストの量が増える。図２では、紙面右側に進むにつれてＥＧＲガス流速が大きくなり、ミスト除去部４３を通過する洗浄液ミストの量が増えることになる。図２において、速度がＶＡ及びＶＢであるとき、キャリーオーバーは発生していない。このとき、前後差圧は低い値を維持している。一方、速度がＶＣであるとき、キャリーオーバーが発生している。このときの前後差圧は、速度がＶＡ及びＶＢのときに比べて明らかに高い。
【００５０】
第１のキャリーオーバー判定方法は、以上の特性を利用したものである。一例として、図３に示す手順でキャリーオーバーの判定が行われる。図３は、第１のキャリーオーバー判定方法を含むＥＧＲユニット３０の制御方法を示したフローチャートである。以下で説明する演算及び制御は、演算制御装置９０によって遂行される。まず、処理が開始されると、演算制御装置９０は、第１圧力計４７、第１温度計４８、及びガス流量計４９の測定信号を読み込み、これらの信号に基づいてＥＧＲガスの圧力Ｐ１、ＥＧＲガスの温度Ｔ１、及びＥＧＲガスの流量Ｑｇの情報を取得する（ステップＳ１）。
【００５１】
続いて、演算制御装置９０は、理想的な状態におけるミスト除去部４３の圧力損失（ミスト除去部４３前後の差圧）を計算によって求める（ステップＳ２）。つまり、水封等を起こしていない正常な状態におけるミスト除去部４３をＥＧＲガスが通過したときに生じるＥＧＲガスの圧力損失（以下、「理論値」と称する）を算出する。理論値ΔＰは、次の式で求めることができる。
【００５２】
【数１】
2015194159.tif 000003
【００５３】
上式において、“ｇ”は重力加速度である。また、“ｘ”、“ε”、“Ｄ”は、それぞれミスト除去部４３の厚さ、空間率、ワイヤ径であって、ミスト除去部４３特有の値である。また、“ｆ”、“ｖ”、“ρ”は、それぞれミスト除去部４３に対するＥＧＲガスの摩擦係数、ＥＧＲガスの速度、ＥＧＲガスの密度であって、演算制御装置９０が取得したＥＧＲガスの圧力Ｐ１、ＥＧＲガスの温度Ｔ１、及びＥＧＲガスの流量Ｑｇの情報に基づいて算出することができる。
【００５４】
続いて、演算制御装置９０は、上記の理論値に基づいて閾値を設定する（ステップＳ３）。閾値は、理論値よりも若干高い値（例えば、理論値よりも３０％高い値）に設定する。このように、閾値を理論値よりも高く設定するのは、ミスト除去部４３の汚れや排気脈動を考慮したためである。なお、閾値を理論値よりもどの程度高くするかは、事前の試験により決定する。ここで、図４は、図２に、算出した理論値を示す曲線（一点鎖線）と閾値を示す曲線（二点鎖線）を重ねた図である。図４に示すように、速度が大きくなるに従って、閾値も大きくなるよう設定されている。なお、本実施形態のように条件によって異なる閾値を設定してもよいが、閾値を常に一定の値に設定してもよい。
【００５５】
続いて、演算制御装置９０は、測定した前後差圧Ｐｄが閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４）。具体的には、演算制御装置９０は、差圧計４５から受信した測定信号に基づいて取得した実際の前後差圧Ｐｄ（以下、「実測値」と称する）が、ステップＳ３で設定した閾値よりも大きいか否かを判定する。演算制御装置９０は、実測値が閾値よりも大きい場合にはキャリーオーバーが発生していると判定し（ステップＳ５）、測定値が閾値よりも小さい場合にはキャリーオーバーが発生していないと判定する（ステップＳ６）。演算制御装置９０が、キャリーオーバーが発生していないと判定した場合（ステップＳ６）、処理は終了となる。一方、キャリーオーバーが発生していると判定した場合（ステップＳ５）、キャリーオーバーを回避し（ステップＳ７）、その後処理は終了となる。キャリーオーバーを回避する具体的な方法については後述する。
【００５６】
なお、洗浄装置４０内においてＥＧＲガスの流れ方向の２箇所にミスト除去部４３が設けられ、各ミスト除去部４３に対応して差圧計４５が設けられている場合は、次のような制御が可能である。つまり、２箇所に設けられたミスト除去部４３のうち、上流側のミスト除去部４３の前後差圧（実測値）が閾値を超えたとき、演算制御装置９０は警告を発し、その後、下流側のミスト除去部４３の前後差圧（実測値）が閾値を超えたとき、キャリーオーバーを回避する制御を行うように構成してもよい。
【００５７】
また、以上では、理論値よりも若干高い値を閾値としているが、これ以外の方法で閾値を設定してもよい。例えば、エンジン負荷とＥＧＲ率に基づいて閾値を設定することも可能である。具体的には、演算制御装置９０は、図５に示すようなグラフに対応するマップデータまたは数式を予め記憶しておき、このマップデータ等と算出したエンジン負荷及びＥＧＲ率を用いて閾値を設定してもよい。なお、ＥＧＲ率とは、吸気ガス全体に占めるＥＧＲガスの質量流量の割合をいう。図５に示す例では、エンジン負荷が大きくなるに従って閾値が大きくなり、ＥＧＲ率が大きくなるに従って閾値が大きくなる。また、上記のＥＧＲ率に代えて排気ガスの循環率を用いてもよい。排気ガスの循環率とは、エンジンから排出される排気ガスのうちＥＧＲガスとして抽気される排気ガスの質量流量の割合をいう。なお、ＥＧＲ率に代えて排気ガスの循環率を用いたとしても、閾値の変化の傾向は同じとなる。
【００５８】
上述したように、本実施形態によれば、ミスト除去部４３の圧力損失（前後差圧）に基づいてキャリーオーバーが発生しているか否かを判定するため、特殊なセンサを必要としていない。そのため、キャリーオーバーを検知するシステムを低コストで構築することができる。
【００５９】
＜第２の判定方法＞
次に、第２のキャリーオーバー判定方法について説明する。図６は、第２のキャリーオーバー判定方法を含むＥＧＲユニット３０の制御方法を示したフローチャートである。以下で説明する演算及び制御は、演算制御装置９０によって遂行される。まず、処理が開始されると、演算制御装置９０は、ＥＧＲガスの情報を取得する（ステップＳ１１）。具体的には、演算制御装置９０は、第１圧力計４７、第１温度計４８、ガス流量計４９、第２圧力計５０、及び第２温度計５１の測定信号を読み込む。そして、これらの信号に基づいて、それぞれ洗浄前のＥＧＲガスの圧力Ｐ１［kPa abs］、洗浄前のＥＧＲガスの温度Ｔ１［℃］、ＥＧＲガスの流量Ｑｇ［kg/min］、洗浄後のＥＧＲガスの圧力Ｐ２［kPa abs］、及び洗浄後のＥＧＲガスの温度Ｔ２［℃］の情報を取得する。
【００６０】
続いて、演算制御装置９０は、ステップＳ１１で取得した情報に基づいて、洗浄装置４０における洗浄液の蒸発量を算出する（ステップＳ１２）。洗浄液の蒸発量は、洗浄後のＥＧＲガスに含まれる水蒸気量から、洗浄前のＥＧＲガスに含まれる水蒸気量を差し引くことで求めることができる。具体的には、洗浄液の蒸発量［kg/min］は、次の式で求めることができる。なお、下記の式におけるＲＨ１［％］は、洗浄前のＥＧＲガスの相対湿度であって、エンジン１０に供給する供給ガスの湿度と、エンジン１０における燃料噴射量から算出することができる。また、ＲＨ２［％］は、洗浄後のＥＧＲガスの相対湿度であって、１００［％］として演算を行うことができる。
【００６１】
【数２】
2015194159.tif 000004
【００６２】
続いて、演算制御装置９０は、洗浄装置４０における洗浄液の消費量を取得する（ステップＳ１３）。上述したように本実施形態では、洗浄装置４０に溜められた洗浄液の水面高さが一定になるよう制御されている。そのため、演算制御装置９０は、供給流量計８２の測定信号に基づいて洗浄装置４０への洗浄液の供給量を取得し、この供給量を洗浄装置４０における洗浄液の消費量とすることができる。
【００６３】
続いて、演算制御装置９０は、洗浄装置４０における洗浄液の消費量が、洗浄装置４０における洗浄液の蒸発量よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１４）。演算制御装置９０は、消費量が蒸発量よりも大きい場合にはキャリーオーバーが発生していると判定し（ステップＳ１５）、消費量が蒸発量よりも小さい又は等しい場合にはキャリーオーバーが発生していないと判定する（ステップＳ１６）。演算制御装置９０が、キャリーオーバーが発生していないと判定した場合（ステップＳ１６）、処理は終了となる。一方、キャリーオーバーが発生していると判定した場合（ステップＳ１５）、キャリーオーバーを回避し（ステップＳ１７）、その後処理は終了となる。
【００６４】
このように、消費量が蒸発量よりも大きい場合にはキャリーオーバーが発生していると判定できるのは次の理由による。つまり、高温で乾いたＥＧＲガスが洗浄装置４０に流れ込むと、洗浄液の一部は蒸発し水蒸気となってＥＧＲガスに含まれる。通常の状態では、洗浄液の蒸発量と洗浄液の消費量は一致する。ところが、洗浄液ミストが洗浄装置４０よりも下流に持ち越されるようなキャリーオーバーが発生すると、水蒸気のみならず洗浄液ミストも洗浄装置４０の下流側へ流れ込むことから、洗浄液の消費量が蒸発量を上回ってしまう。よって、消費量が蒸発量よりも大きい場合にはキャリーオーバーが発生していると判定できるのである。
【００６５】
第２のキャリーオーバー判定方法によれば、洗浄装置４０における洗浄液の蒸発量及び消費量に基づいてキャリーオーバーが発生しているか否かを判定するため、キャリーオーバーの発生を確実に検知することができる。また、このキャリーオーバー判定方法では、特殊なセンサを必要としていないため、キャリーオーバーを判定するシステムを低コストで構築することができる。さらに、第１のキャリーオーバー判定方法とは異なり、洗浄装置４０がミスト除去部４３を有さない場合にも用いることができる。
【００６６】
＜第３の判定方法＞
次に、第３のキャリーオーバー判定方法について説明する。図７は、第３のキャリーオーバー判定方法を含むＥＧＲユニット３０の制御方法を示したフローチャートである。以下で説明する演算及び制御は、演算制御装置９０によって遂行される。まず、処理が開始されると、演算制御装置９０は、ＥＧＲガスの情報を取得する（ステップＳ２１）。具体的には、演算制御装置９０は、ガス流量計４９、第３圧力計７３、第３温度計７４、第４圧力計７５、及び第４温度計７６の測定信号を読み込む。そして、これらの信号に基づいて、それぞれＥＧＲガスの流量Ｑｇ［kg/min］、冷却器７０による冷却前のＥＧＲガスの圧力Ｐ３［kPa abs］、冷却前のＥＧＲガスの温度Ｔ３［℃］、冷却後のＥＧＲガスの圧力Ｐ４［kPa abs］、及び冷却後のＥＧＲガスの温度Ｔ４［℃］の情報を取得する。
【００６７】
続いて、演算制御装置９０は、ステップＳ２１で取得した情報に基づいて、ＥＧＲガスが冷却器７０によって冷却されることで凝縮した洗浄液の量（凝縮量）を算出する（ステップＳ２２）。凝縮量は、冷却前のＥＧＲガスに含まれる水蒸気量から、冷却後のＥＧＲガスに含まれる水蒸気量を引くことで求めることができる。具体的には、凝縮量［kg/min］は、次の式で求めることができる。なお、下記の式におけるＲＨ３［％］は冷却前のＥＧＲガスの相対湿度であり、ＲＨ４［％］は、洗浄後のＥＧＲガスの相対湿度であって、いずれも、１００［％］として演算を行うことができる。
【００６８】
【数３】
2015194159.tif 000005
【００６９】
続いて、演算制御装置９０は、閾値を設定する（ステップＳ２３）。閾値は、ステップＳ２２で算出した凝縮量に基づいて設定する。具体的には、凝縮量よりも所定量だけ高い値（例えば、凝縮量よりも１０％高い値）に閾値を設定する。なお、閾値を凝縮量に比べてどの程度高くするかは、事前の試験の結果等に基づいて決定する。
【００７０】
続いて、演算制御装置９０は、冷却器７０から排出された洗浄液の量（ドレン量）を取得する（ステップＳ２４）。演算制御装置９０は、ドレン流量計７８の測定信号を受信し、この測定信号に基づいてドレン量を取得（算出）することができる。もしくは、供給流量計８２の測定値に基づいて求められる消費量と第２液面計８３の測定値に基づいて求められる補給タンク８０の液面変動量からドレン量を算出しても良い。
【００７１】
続いて、演算制御装置９０は、ドレン量が閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２５）。つまり、ドレン量が凝集量よりも所定量（例えば、凝集量の１０％相当量）大きいか否かを判定する。演算制御装置９０は、ドレン量が閾値よりも大きい場合にはキャリーオーバーが発生していると判定し（ステップＳ２６）、ドレン量が閾値よりも小さい場合にはキャリーオーバーが発生していないと判定する（ステップＳ２７）。演算制御装置９０が、キャリーオーバーが発生していないと判定した場合（ステップＳ２７）、処理は終了となる。一方、キャリーオーバーが発生していると判定した場合（ステップＳ２６）、キャリーオーバーを回避し（ステップＳ２７）、その後処理は終了となる。
【００７２】
このように、ドレン量が閾値よりも大きい場合（凝縮量よりも所定量大きい場合）にはキャリーオーバーが発生していると判定できるのは次の理由による。つまり、飽和状態にあるＥＧＲガスが冷却器７０内を流れると、ＥＧＲガスに含まれる水蒸気が凝縮して洗浄液に戻る。本実施形態では、凝縮した洗浄液は、全て排出されるから、通常の状態では、ドレン量と凝縮量はほぼ一致する。ところが、洗浄液ミストが洗浄装置４０よりも下流に持ち越されるようなキャリーオーバーが発生すると、水蒸気となった洗浄液のみならず、ＥＧＲガスに含まれる洗浄液ミストも冷却器７０から排出される。その結果、ドレン量が凝縮量を上回ることになる。よって、ドレン量が凝縮量よりも所定量大きい場合（閾値よりも大きい場合）にはキャリーオーバーが発生していると判定できるのである。
【００７３】
第３のキャリーオーバー判定方法によれば、ＥＧＲガスの冷却によって生じる洗浄液の凝縮量を算出し、洗浄液のドレン量がこの凝縮量に基づいて設定した閾値よりも大きいか否かでキャリーオーバーの発生を判定するため、キャリーオーバーの発生を確実に検知することができる。また、このキャリーオーバー判定方法では、特殊なセンサを必要としていないため、キャリーオーバーを判定するシステムを低コストで構築することができる。さらに、第３のキャリーオーバー判定方法によれば、第２のキャリーオーバー判定方法と同様に、洗浄装置４０がミスト除去部４３を有さない場合にも用いることができる。
【００７４】
＜第４の判定方法＞
次に、第４のキャリーオーバー判定方法について説明する。第４のキャリーオーバー判定方法は、第１のキャリーオーバー判定方法と第２のキャリーオーバー判定方法を組み合わせたものである。ここでは重複する説明は省略する。図８は、第４のキャリーオーバー判定方法を含むＥＧＲユニット３０の制御方法を示したフローチャートである。以下で説明する演算及び制御は、演算制御装置９０によって遂行される。まず、処理が開始されると、演算制御装置９０は、第１のキャリーオーバー判定方法で行ったステップＳ１〜S３（ＥＧＲガスの情報取得、ミスト除去部の圧力損失を算出、及び閾値の設定）を行い、測定した前後差圧（実測値）が閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４）。演算制御装置９０は、実測値が閾値よりも小さい場合にはキャリーオーバーが発生していないと判定する（ステップＳ３１）。一方、実測値が閾値よりも大きい場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、第１のキャリーオーバー判定方法のときとは異なり、すぐにはキャリーオーバーが発生していると判定しない。ミスト除去部４３の前後差圧が大きくなる要因としては、キャリーオーバーの発生以外も考えられるからである。
【００７５】
実測値が閾値よりも大きい場合には、第２のキャリーオーバー判定方法で行ったステップＳ１１〜Ｓ１３（ＥＧＲガスの情報取得、凝縮水の量を算出、及び閾値を設定）を行い、その後、洗浄液の消費量が蒸発量よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１４）。そして、洗浄液の消費量が蒸発量よりも小さい場合には、清掃装置４４を作動して、ミスト除去部４３の清掃を行う。ミスト除去部４３の前後差圧が大きくなる要因としては、ＳＰＭの体積などによるミスト除去部４３の目詰まりも考えられる。ミスト除去部４３の前後差圧の実測値が閾値よりも大きくとも、洗浄液の消費量が蒸発量よりも小さければ、ミスト除去部４３には目詰まりが発生している可能性が高い。そこで、第４のキャリーオーバー判定方法では、ミスト除去部４３の前後差圧の実測値が閾値よりも大きく、かつ、洗浄液の消費量が蒸発量よりも小さければ、ミスト除去部４３には異物による目詰まりが発生しているとして、ミスト除去部４３を清掃する。
【００７６】
一方、演算制御装置９０は、洗浄液の消費量が蒸発量よりも大きい場合には、キャリーオーバーが発生していると判定する（ステップＳ３３）。つまり、第４のキャリーオーバー判定方法では、ミスト除去部４３の前後差圧が閾値より大きく、かつ、洗浄液の消費量が蒸発量よりも大きいときにキャリーオーバーが発生していると判定するのである。キャリーオーバーが発生していると判定した場合には（ステップＳ３３）、キャリーオーバーを回避し（ステップＳ３４）、その後処理は終了となる。
【００７７】
このように、第４のキャリーオーバー判定方法では、キャリーオーバーの発生についていわば二重のチェックが行われるため、精度の高い判定が可能である。また、ミスト除去部４３に目詰まりが発生している可能性がある場合は、ミスト除去部４３を清掃するため、精度の高い判定を維持することができる。
【００７８】
＜第５の判定方法＞
次に、第５のキャリーオーバー判定方法について説明する。第５のキャリーオーバー判定方法は、第１のキャリーオーバー判定方法と第３のキャリーオーバー判定方法を組み合わせたものである。ここでは重複する説明は省略する。図９は、第５のキャリーオーバー判定方法を含むＥＧＲユニット３０の制御方法を示したフローチャートである。以下で説明する演算及び制御は、演算制御装置９０によって遂行される。まず、処理が開始されると、演算制御装置９０は、第１のキャリーオーバー判定方法で行ったステップＳ１〜S３（ＥＧＲガスの情報取得、ミスト除去部の圧力損失を算出、及び閾値の設定）を行い、測定した前後差圧（実測値）が閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４）。演算制御装置９０は、実測値が閾値よりも小さい場合にはキャリーオーバーが発生していないと判定する（ステップＳ４１）。
【００７９】
一方、実測値が閾値よりも大きい場合には、キャリーオーバーが発生しているとすぐには判定せずに、第３のキャリーオーバー判定方法で行ったステップＳ２１〜Ｓ２４（ＥＧＲガスの情報取得、凝縮水の量を算出、閾値を設定、及びドレン量を取得）を行う。その後、演算制御装置９０は、ドレン量が閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２５）。そして、ドレン量が閾値よりも小さい場合には、清掃装置４４を作動して、ミスト除去部４３の清掃を行う。上記の第４のキャリーオーバー判定方法で説明したのと同様の理由により、ミスト除去部４３の前後差圧の実測値が閾値よりも大きくとも、ドレン量が閾値よりも小さい場合には、ミスト除去部４３に目詰まりが発生している可能性が高いからである。
【００８０】
一方、演算制御装置９０は、ドレン量が閾値よりも大きい場合には、キャリーオーバーが発生していると判定する（ステップＳ４２）。つまり、ミスト除去部４３の前後差圧が閾値より大きく、かつ、ドレン量が閾値よりも大きいときにキャリーオーバーが発生していると判定するのである。キャリーオーバーが発生していると判定した場合には（ステップＳ４３）、キャリーオーバーを回避し（ステップＳ４４）、その後処理は終了となる。
【００８１】
＜第６の判定方法＞
次に、第６のキャリーオーバー判定方法について説明する。図１０は、第６のキャリーオーバー判定方法を含むＥＧＲユニット３０の制御方法を示したフローチャートである。以下で説明する演算及び制御は、演算制御装置９０によって遂行される。まず、処理が開始されると、演算制御装置９０は、ＥＧＲガスの情報を取得する（ステップＳ５１）。具体的には、演算制御装置９０は、ガス流量計４９、第１圧力計４７、第１温度計４８、第４圧力計７５、第４温度計７６、及び第２液面計８３の測定信号を読み込む。そして、これらの信号に基づいて、それぞれＥＧＲガスの流量Ｑｇ［kg/min］、洗浄前のＥＧＲガスの温度Ｔ１［℃］、洗浄前のＥＧＲガスの圧力Ｐ１［kPa abs］、冷却後のＥＧＲガスの圧力Ｐ４［kPa abs］、冷却後のＥＧＲガスの温度Ｔ４［℃］、及び補給タンク８０における液面の変位量の情報を取得する。
【００８２】
続いて、演算制御装置９０は、ステップＳ５１で取得した情報に基づいて、ＥＧＲガスが洗浄装置４０及び冷却器７０を通過する際に減少したＥＧＲガスの水分量（減少水分量）を算出する（ステップＳ５２）。減少水分量は、洗浄前のＥＧＲガスに含まれる水蒸気量から、冷却後のＥＧＲガスに含まれる水蒸気量を差し引くことで求めることができる。具体的には、減少水分量［kg/min］は、次の式で求めることができる。なお、下記の式におけるＲＨ５［％］は、洗浄前のＥＧＲガスの相対湿度であって、エンジン１０に供給する供給ガスの湿度と、エンジン１０における燃料噴射量から算出することができる。また、ＲＨ６［％］は、洗浄後のＥＧＲガスの相対湿度であって、１００［％］として演算を行うことができる。
【００８３】
【数４】
2015194159.tif 000006
【００８４】
続いて、演算制御装置９０は、補給タンク８０における洗浄液の増加量（増液量）を取得する（ステップＳ５３）。増液量は、補給タンク８０における液面の変位量によって求めることができる。なお、洗浄装置４０にも洗浄液が溜められているが、本実施形態では洗浄装置４０の洗浄液の水面高さが一定になるよう制御されている。そのため、補給タンク８０における洗浄液の増加量は、補給タンク８０と洗浄装置４０の洗浄液が溜められた部分全体（これらが、本発明の「溜液部」に相当する）での洗浄液の増加量に等しい。
【００８５】
続いて、演算制御装置９０は、減少水分量に比べて増液量が少ないか否かを判定する（ステップＳ５４）。演算制御装置９０は、減少水分量に比べて増液量が少ない場合にはキャリーオーバーが発生していると判定し（ステップＳ５５）、減少水分量に比べて増液量が少なくない場合にはキャリーオーバーが発生していない判定する（ステップＳ５６）。演算制御装置９０が、キャリーオーバーが発生していないと判定した場合（ステップＳ５６）、処理は終了となる。一方、キャリーオーバーが発生していると判定した場合（ステップＳ５５）、キャリーオーバーを回避し（ステップＳ５７）、その後処理は終了となる。
【００８６】
このように、減少水分量に比べて増液量が少ない場合にはキャリーオーバーが発生していると判定できるのは次の理由による。通常、ＥＧＲガスは洗浄装置４０及び冷却器７０を通過する際には冷却されるため、ＥＧＲガスに含まれる水分は凝縮し、凝縮水が発生する。そのため、凝縮水の量だけ補給タンク８０内の洗浄液が増えてゆくことになる。ところが、洗浄液ミストが冷却器７０の下流に持ち越されるようなキャリーオーバーが発生すると、一部の洗浄液が補給タンク８０に戻らなくなるため、発生した凝縮水の量に比べて洗浄液の増加量が少なくなる。よって、減少水分量に比べて増液量が少ない場合にはキャリーオーバーが発生していると判定できるのである。
【００８７】
なお、以上では、補給タンク８０と洗浄装置４０の洗浄液が溜められている部分が別々に形成されている場合について説明したが、これらが共有タンクとして一体となっている場合には、その共有タンクの液面の変位量により増液量を求めることができる。この共有タンクが本発明の「溜液部」に相当することになる。また、第６のキャリーオーバー判定方法によれば、洗浄装置４０、冷却器７０、及び補給タンク８０が一体に形成され、その内部におけるＥＧＲガスの温度や圧力が測定できない場合であっても、キャリーオーバーを判定することができる。なお、第６の判定方法は、他の判定方法と組み合わせてもよい。また、溜液部における増液量は液面計によって検知する場合に限られず、例えば各タンクの重量やタンク底部の水圧から検知してもよい。
【００８８】
＜第１の回避方法＞
上記のように、本実施形態では、キャリーオーバーが発生していると判定された場合には、キャリーオーバーの回避が行われる。以下では、具体的なキャリーオーバーの回避方法について説明する。洗浄装置４０がミスト除去部４３を有している場合は、ミスト除去部４３の処理能力を超える洗浄液ミストがミスト除去部４３を通過しようとしたときにキャリーオーバーが発生する。そのため、ミスト除去部４３を通過しようとする洗浄液ミストの量を減らせば、キャリーオーバーを回避することができる。そこで、第１のキャリーオーバー回避方法では、ミスト除去部４３を通過するＥＧＲガスの流量を減らすことで、ミスト除去部４３を通過しようとする洗浄液ミストの量も減らしている。具体的には、演算制御装置９０は、電動モータ６１に制御信号を送信し、ＥＧＲブロワ６０（ガス通過調整装置）の回転速度を小さくして、ミスト除去部４３を通過するＥＧＲガスの流量を減らす。本実施形態ではＥＧＲブロワ６０が容積式のブロワであり、回転速度とＥＧＲガスの流量が比例関係にあるため、ＥＧＲガスの流量調整は比較的容易である。
【００８９】
＜第２の回避方法＞
第２のキャリーオーバー回避方法は、ミスト除去部４３を通過するＥＧＲガスの量を減らすのではなく、ＥＧＲガスに含まれる洗浄液ミストの量自体を減らす方法である。ミスト除去部４３を通過するＥＧＲガスの流量が同じであったとしても、ＥＧＲガスに含まれる洗浄液ミストの量を減らせば、ミスト除去部４３を通過しようとする洗浄液ミストの量を減らすことができる。具体的には、ＥＧＲガスが接する洗浄液の量（接液量）を減らし、これによりＥＧＲガスに含まれる洗浄液ミストの量を減少させる。本実施形態では、演算制御装置９０が洗浄液ポンプ４２に制御信号を送信し、洗浄液ポンプ４２の回転速度を低減させることで接液量を減らすことができる。なお、洗浄装置４０が溜水式である場合には、容器に溜めた洗浄液の水位を低下させれば、接液量を減らすことができる。なお、第２のキャリーオーバー回避方法は、第１のキャリーオーバー回避方法と同時に行ってもよい。
【００９０】
＜第３の回避方法＞
第３のキャリーオーバー回避方法は、第１のキャリーオーバー回避方法と同じように、ミスト除去部４３を通過するＥＧＲガスの流量を減らす方法である。ただし、第３のキャリーオーバー回避方法は、ＥＧＲユニット３０が図１１のように構成された場合に行われる。図１１は、本実施形態の第１変形例に係るエンジンシステム１０１のブロック図である。図１１に示すＥＧＲユニット３０では、ＥＧＲブロワ６０としてターボ式のブロワを用いており、洗浄装置４０の入口側（上流側）とＥＧＲブロワ６０の出口側（下流側）に開閉バルブ３１、３２が設けられている。これらの開閉バルブ３１、３２は、演算制御装置９０によって開度が設定される。このように、ＥＧＲブロワ６０としてターボ式のブロワを用いた場合、演算制御装置９０はキャリーオーバーが発生したと判定すると、ＥＧＲブロワ６０の回転速度だけでなく、開閉バルブ３１、３２の開度を調整することで、ミスト除去部４３を通過するＥＧＲガスの流量を低減させる。これにより、キャリーオーバーを回避することができる。
【００９１】
＜第４の回避方法＞
第４のキャリーオーバー回避方法は、ＥＧＲユニット３０を図１２に示すように構成して行う。図１２は、本実施形態の第２変形例に係るエンジンシステム１０２のブロック図である。図１２に示すＥＧＲユニット３０は、洗浄装置４０の入口側と出口側をつなぐバイパス配管６４と、このバイパス配管６４に設けられたバイパスバルブ６５とを有している。バイパスバルブ６５は、演算制御装置９０によって開度が設定される。第４のキャリーオーバー回避方法では、演算制御装置９０がキャリーオーバーが発生したと判断すると、上記のバイパスバルブ６５を開く。これにより、ＥＧＲガスの一部が洗浄装置４０を迂回してＥＧＲブロワ６０の入口側に搬送される。そのため、ミスト除去部４３を通過するＥＧＲガスの流量が減り、かつ、ＥＧＲガス全体での接液量も減るため、ミスト除去部４３を通過しようとする洗浄液ミストの量は減少する。その結果、キャリーオーバーを回避することができる。なお、第４のキャリーオーバー回避方法によれば、ミスト除去部４３を通過するＥＧＲガスの流量が減少するが、エンジン１０に供給するＥＧＲガスの流量を維持することができる。
【００９２】
＜第５の回避方法＞
第５のキャリーオーバー回避方法は、ＥＧＲユニット３０を図１３に示すように構成して行う。図１３は、本実施形態の第３変形例に係るエンジンシステム１０３のブロック図である。図１３に示すＥＧＲユニット３０は、冷却器７０の出口側とＥＧＲブロワ６０の入口側をつなぐ循環配管６６と、この循環配管６６に設けられた循環バルブ６７とを有している。循環バルブ６７は、演算制御装置９０によって開度が設定される。第５のキャリーオーバー回避方法では、演算制御装置９０がキャリーオーバーが発生したと判断すると、上記の循環バルブ６７を開く。これにより、冷却器７０から排出されたＥＧＲガスの一部がＥＧＲブロワ６０の入口側に搬送される。そのため、ＥＧＲブロワ６０の回転数を小さくするのと同じような効果が得られ、ミスト除去部４３を通過するＥＧＲガスの流量が減る。その結果、キャリーオーバーを回避することができる。なお、図１３では、ＥＧＲブロワ６０の下流側に冷却器７０が配置されているが、冷却器７０の下流にＥＧＲブロワ６０を配置してもよい。
【００９３】
上述した第１〜第５のキャリーオーバー回避方法は、洗浄装置４０がミスト除去部４３を有する場合を想定して説明した。ただし、洗浄装置４０がミスト除去部４３を有さない場合であっても、キャリーオーバーが発生したときにＥＧＲガスの流量を減らしたり、接液量を減らしたりすることで、洗浄装置４０の下流へ搬送される洗浄液ミストの量を減少させることができる。つまり、キャリーオーバーを軽減することができる。また、洗浄装置４０の下流へ搬送される洗浄液ミストの量を減少させることができれば、冷却器７０である程度の洗浄液ミストを捕集できるため、洗浄液ミストがエンジン１０に流れ込むのを防止することができる。
【００９４】
＜第６の回避方法＞
第６のキャリーオーバー回避方法は、ＥＧＲユニット３０を図１４に示すように構成して行う。図１４は、本実施形態の第４変形例に係るエンジンシステム１０４のブロック図である。図１４に示すＥＧＲユニット３０は、洗浄装置４０の入口側とＥＧＲブロワ６０の出口側をつなぐ循環配管６８と、この循環配管６８に設けられた循環バルブ６９とを有している。循環バルブ６９は、演算制御装置９０によって開度が設定される。第６のキャリーオーバー回避方法では、演算制御装置９０がキャリーオーバーが発生したと判定するすると、上記の循環バルブ６９を開く。これにより、ＥＧＲブロワ６０から排出されたＥＧＲガスの一部が洗浄装置４０の入口側へ戻ることから、冷却器７０へ流れるＥＧＲガスの流量を減少させることができる。その結果、冷却器７０及びエンジン１０へ搬送される洗浄液ミストの量を減少させることができ、キャリーオーバーを回避又は軽減することができる。
【００９５】
以上が本実施形態に係るエンジンシステム１００の説明である。本実施形態に係るＥＧＲユニット３０では、キャリーオーバーが発生しているか否かを判定するとともに、キャリーオーバーを回避する制御が行われるため、エンジン１０等に生じうるダメージを未然に防ぐことができる。また、本実施形態によれば、ミスト除去部４３の処理能力を抑え、キャリーオーバーが発生した場合にはこれを回避するという運用が可能である。そのため、ミスト除去部４３に過剰な処理能力は不要であり、ミスト除去部４３をコンパクトで安価なものにすることができる。
【００９６】
以上、本発明の実施形態について図を参照して説明したが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、演算制御装置９０が、キャリーオーバーが発生していると判定したとき、これを回避する制御を行わず、キャリーオーバーの発生を単に運転者に知らせるだけの制御を行う場合でも本発明に含まれる。この場合でも、ＥＧＲユニット３０及びエンジンシステム１００の信頼性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明に係るＥＧＲユニットによれば、キャリーオーバーが発生しているか否かを判定できる。よって、ＥＧＲユニットの技術分野において有益である。
【符号の説明】
【００９８】
１０  エンジン
３０  ＥＧＲユニット
４０  洗浄装置
４３  ミスト除去部
４４  清掃装置
７０  冷却器
８０  補給タンク（溜液部）
１００、１０１、１０２、１０３、１０４  エンジンシステム
【図１】
2015194159.tif 000007
【図２】
2015194159.tif 000008
【図３】
2015194159.tif 000009
【図４】
2015194159.tif 000010
【図５】
2015194159.tif 000011
【図６】
2015194159.tif 000012
【図７】
2015194159.tif 000013
【図８】
2015194159.tif 000014
【図９】
2015194159.tif 000015
【図１０】
2015194159.tif 000016
【図１１】
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【図１２】
2015194159.tif 000018
【図１３】
2015194159.tif 000019
【図１４】
2015194159.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月22日(2015.7.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄する洗浄装置と、
前記洗浄装置の下流側に配置され、ＥＧＲガスを冷却する冷却器と、
前記冷却器からのドレン量が、ＥＧＲガスを前記冷却器で冷却することで発生する凝縮水の量よりも所定量大きいときにキャリーオーバーが発生していると判定する演算制御装置と、を備えた舶用エンジンシステムのＥＧＲユニット。
【請求項２】
前記演算制御装置は、キャリーオーバーが発生していると判定したとき、前記洗浄装置を通過するＥＧＲガスの流量を減少させる、請求項１に記載のＥＧＲユニット。
【請求項３】
前記演算制御装置は、キャリーオーバーが発生していると判定したとき、洗浄時にＥＧＲガスが接する洗浄液の量を減少させる、請求項１に記載のＥＧＲユニット。
【請求項４】
前記演算制御装置は、キャリーオーバーが発生していると判定したとき、ＥＧＲユニットから排出されるＥＧＲガスの流量を減少させる、請求項１に記載のＥＧＲユニット。
【請求項５】
洗浄液を用いてＥＧＲガスを洗浄する洗浄装置と、
前記洗浄装置の下流側に配置され、ＥＧＲガスを冷却する冷却器と、
前記冷却器からのドレン量が、ＥＧＲガスを前記冷却器で冷却することで発生する凝縮水の量よりも所定量大きいときに所定の処理を行う演算制御装置と、を備えた舶用エンジンシステムのＥＧＲユニット。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちいずれか一の項に記載のＥＧＲユニットを備えた舶用エンジンシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、キャリーオーバーが発生しているか否かを判定できる、又は、キャリーオーバー発生時に所定の処理を行える舶用エンジンシステムのＥＧＲユニットを提供することを目的としている。