(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＧＲガスと新気を含む掃気ガスが供給されるエンジン本体と、
排気ガスの一部を取り込み、取り込んだ排気ガスをＥＧＲガスとして前記エンジン本体に供給するとともに、ＥＧＲガス流量を調整するＥＧＲガス流量調整部を有するＥＧＲユニットと、
前記ＥＧＲユニットに取り込まれなかった残りの排気ガスによって駆動され、新気を昇圧して前記エンジン本体に供給する過給機と、
前記ＥＧＲガス流量調整部に制御信号を送信して、ＥＧＲガス流量を制御するＥＧＲ制御部と、を備え、
前記ＥＧＲ制御部は、目標エンジン回転数、エンジン負荷、掃気圧、及び過給機回転数のうち複数のエンジン状態量を取得し、取得した各エンジン状態量の値に基づいて、予め記憶したマップデータから個別最適ＥＧＲガス流量をエンジン状態量毎にそれぞれ算出し、算出した複数の個別最適ＥＧＲガス流量のうち最も小さいものを最適ＥＧＲガス流量に選定し、選定した最適ＥＧＲガス流量に基づいて前記制御信号を生成する、エンジンシステム。
【請求項２】
前記ＥＧＲ制御部は、取得したエンジン負荷に基づいて掃気ガスの目標酸素濃度を算出し、前記目標酸素濃度と取得した掃気ガスの酸素濃度との偏差がゼロとなる又はゼロに近づくＥＧＲガス流量の修正量を算出し、前記最適ＥＧＲガス流量に前記修正量を加えた修正ＥＧＲガス流量に基づいて前記制御信号を生成する、請求項１に記載のエンジンシステム。
【請求項３】
前記ＥＧＲ制御部は、エンジン負荷変動時には、前記修正量の大きさを調整するフィードバックゲインをエンジン負荷整定時に比べて小さく設定する、又は、ゼロに設定する、請求項２に記載のエンジンシステム。
【請求項４】
前記ＥＧＲ制御部は、掃気圧が所定の圧力範囲内となるように、かつ、過給機回転数が所定の回転数範囲内となるように前記制御信号を生成する、請求項１乃至３のうちいずれか一の項に記載のエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
舶用のエンジンシステムには、エンジンから排出された排気ガスをエンジンに再循環させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ユニットを備えるものがある。排気ガス（ＥＧＲガス）をエンジンに再循環させることにより、掃気ガスの酸素濃度が低下し、燃焼温度が低下する。その結果、燃焼温度の高さに起因するサーマルＮＯｘの発生を抑えることができる。
【０００３】
エンジンに再循環させる排気ガスの量（ＥＧＲガス流量）を多くすれば、ＮＯｘの排出量を減らすことができる反面、ＥＧＲガス流量を多くしすぎると掃気ガスの酸素濃度が低下して、エンジンの運転状態が不安定となり、場合によっては失火するおそれがある。そのため、掃気ガスの酸素濃度が適切な値となるようにＥＧＲガス流量を制御する必要がある。
【０００４】
このＥＧＲガス流量の制御に関し、下記の特許文献１では、エンジン負荷に基づくフィードフォワード処理（フィードフォワード制御）と、酸素濃度に基づくフィードバック処理（フィードバック制御）を組み合わせて、ＥＧＲバルブを制御する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１７０５２０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、エンジン負荷変動時には、各種のエンジン状態量がエンジン負荷の変動に遅れて変動したり先立って変動したりするため、エンジン負荷に基づいたフィードフォワード処理は十分に機能せず、場合によっては掃気ガスの酸素濃度が急激に低下して失火するおそれもある。なお、酸素濃度に基づくフィードバック処理により修正を行ったとしても、過給機の増速に時間がかかるなどＥＧＲシステムの構造上、掃気ガスの酸素濃度が急激に低下する状況ではフィードバック処理を十分に機能させることは困難である。
【０００７】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲガス流量の制御を行うにあたり、エンジン負荷変動時に安定した運転を行えるエンジンシステム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】
本発明の一態様に係るエンジンシステムは、ＥＧＲガスと新気を含む掃気ガスが供給されるエンジン本体と、排気ガスの一部を取り込み、取り込んだ排気ガスをＥＧＲガスとして前記エンジン本体に供給するとともに、ＥＧＲガス流量を調整するＥＧＲガス流量調整部を有するＥＧＲユニットと、前記ＥＧＲユニットに取り込まれなかった残りの排気ガスによって駆動され、新気を昇圧して前記エンジン本体に供給する過給機と、前記ＥＧＲガス流量調整部に制御信号を送信して、ＥＧＲガス流量を制御するＥＧＲ制御部と、を備え、前記ＥＧＲ制御部は、目標エンジン回転数、エンジン負荷、掃気圧、及び過給機回転数のうち複数のエンジン状態量を取得し、取得した各エンジン状態量の値に基づいて、予め記憶したマップデータから個別最適ＥＧＲガス流量をそれぞれ算出し、算出した複数の個別最適ＥＧＲガス流量のうち最も小さいものを最適ＥＧＲガス流量に選定し、選定した最適ＥＧＲガス流量に基づいて前記制御信号を生成する。
【０００９】
この構成によれば、各エンジン状態量に基づいて算出された複数の個別最適ＥＧＲガス流量のうち最も小さいものに基づいてＥＧＲガス流量が制御されることになる。そのため、エンジン負荷変動時には、エンジン負荷に遅れて変動するなどエンジン負荷の変動に同調しないエンジン状態量を考慮して、ＥＧＲガス流量が少なくなるように調整される。これにより、掃気ガスの酸素濃度が急激に低下するのが抑えられ、エンジン負荷変動時においても安定した運転状態を維持することができる。
【００１０】
また、上記のエンジンシステムにおいて、前記ＥＧＲ制御部は、取得したエンジン負荷に基づいて掃気ガスの目標酸素濃度を算出し、前記目標酸素濃度と取得した掃気ガスの酸素濃度との偏差がゼロとなる又はゼロに近づくＥＧＲガス流量の修正量を算出し、前記最適ＥＧＲガス流量に前記修正量を加えた修正ＥＧＲガス流量に基づいて前記制御信号を生成してもよい。
【００１１】
この構成によれば、ＥＧＲガス流量の制御において、掃気ガスの酸素濃度に基づいてフィードバック処理が行われるため、ＥＧＲガス流量の制御に酸素濃度を反映することができる。
【００１２】
また、上記のエンジンシステムにおいて、前記ＥＧＲ制御部は、エンジン負荷変動時には、前記修正量の大きさを調整するフィードバックゲインをエンジン負荷整定時に比べて小さく設定する、又は、ゼロに設定してもよい。
【００１３】
前述のエンジンシステムでは、エンジン負荷変動時には掃気ガスの酸素濃度を高く確保できるようＥＧＲガス流量が制御されるが、フィードバック処理ではこれに反し、掃気ガスの酸素濃度が低くなるよう修正されるおそれがある。この場合、エンジン負荷変動時に運転状態が不安定になりかねない。そのため、上記のようにエンジン負荷変動時には、フィードバックゲインを小さく、又は、ゼロに設定するように構成すれば、フィードバック処理による影響を弱め、エンジン負荷変動時に運転状態が不安定になるのを防ぐことができる。
【００１４】
また、上記のエンジンシステムにおいて、前記ＥＧＲ制御部は、掃気圧が所定の圧力範囲内となるように、かつ、過給機回転数が所定の回転数範囲内となるように前記制御信号を生成してもよい。
【００１５】
上記のエンジンシステムでは、過給機がＥＧＲユニットに取り込まれなかった残りの排気ガスによって駆動されるため、ＥＧＲガス流量の変動に伴って過給機に供給される排気ガスの流量も変動する。例えば、ＥＧＲガス流量が多くなると、過給機に供給される排気ガスの流量が減って過給機の回転数が小さくなる。この場合、新気を十分に昇圧できない結果、掃気圧が低下し、運転状態が不安定となって、場合によっては失火するおそれがある。一方、ＥＧＲガス流量が少なくなると、過給機に供給される掃気ガスの流量が増えて過給機の回転数が大きくなり、掃気圧が上昇する。この場合、過給機が過回転して破損するおそれがあり、また、エンジン本体の最大筒内圧力が大きくなってエンジン本体が破損するおそれもある。そのため、上記のように、掃気圧が所定の圧力範囲内となるように、かつ、過給機回転数が所定の回転数範囲内となるように制御信号を生成するように構成すれば、上述した失火、過給機の破損、及びエンジン本体の破損を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のとおり、上記のエンジンシステムによれば、ＥＧＲガス流量の制御を行うにあたり、エンジン負荷変動時に安定した運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、エンジンシステム全体の概略構成図である。
【図２】図２は、エンジンシステムの制御系のブロック図である。
【図３】図３は、ＥＧＲ制御部による制御のフロー図である。
【図４】図４は、変形例に係るエンジンシステム全体の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
＜エンジンシステムの全体構成＞
まず、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、エンジンシステム１００の全体の概略構成図である。図１において、太く描いた破線は排気ガス（ＥＧＲガス）の流れを示しており、太く描いた実線は掃気ガスの流れを示している。エンジンシステム１００は、エンジン本体１０と、掃気管２０と、排気管３０と、過給機４０と、ＥＧＲユニット５０と、を備えている。
【００２０】
本実施形態のエンジン本体１０は、船舶の推進用主機であり、大型の２ストロークディーゼルエンジンである。ただし、エンジン本体１０は、４ストロークエンジンであってもよく、ガスエンジンや二元燃料エンジンであってもよい。なお、４ストロークエンジンの「給気」は、本発明の「掃気」と同義である。エンジン本体１０は、複数のシリンダ１１を有しており、各シリンダ１１内で燃料が爆発燃焼することでピストン１２が駆動する。エンジン本体１０には、シリンダ１１に燃料を供給する燃料供給装置１３、及びエンジン回転数を測定するエンジン回転計１４（いずれも図２参照）が設けられている。
【００２１】
掃気管２０は、掃気ガスを一時的に収容し、収容した掃気ガスをエンジン本体１０の各シリンダ１１に供給する。掃気管２０には、過給機４０から新気が、ＥＧＲユニット５０からＥＧＲガスが、掃気配管２１を介してそれぞれ供給される。上述の掃気ガスには、この新気とＥＧＲガスが含まれる。掃気管２０には、掃気圧（掃気ガスの圧力）を測定する掃気圧計２２、掃気管２０内における掃気ガスの酸素濃度（以下、単に「酸素濃度」と称す）を測定する酸素濃度計２３が設けられている。
【００２２】
排気管３０は、エンジン本体１０の各シリンダ１１から排出された排気ガスを一時的に収容し、収容した排気ガスを排気配管３１を介して過給機４０のタービン４１及びＥＧＲユニット５０に供給する。なお、本実施形態では、排気ガスの一部がＥＧＲユニット５０に取り込まれ、ＥＧＲユニット５０に取り込まれなかった残りの排気ガスは、全て過給機４０のタービン４１に供給される。
【００２３】
過給機４０は、タービン４１と、ブロワ４２とを有している。タービン４１には排気配管３１を介して排気ガスが供給され、この排気ガスのエネルギによりタービン４１は回転する。タービン４１とブロワ４２は連結シャフト４３により連結されており、タービン４１の回転に伴ってブロワ４２も回転する。ブロワ４２が回転すると、外部から取り込んだ空気（新気）が昇圧され、昇圧された新気は掃気配管２１及び掃気管２０を介してエンジン本体１０に供給される。過給機４０には、過給機４０の回転数を測定する過給機回転計４４が設けられている。また、掃気配管２１には、昇圧した新気を冷却するエアクーラ４５が設けられている。
【００２４】
ＥＧＲユニット５０は、排気ガスの一部を取り込み、取り込んだ排気ガスを掃気配管２１及び掃気管２０を介してエンジン本体１０に供給する。なお、以下において「ＥＧＲガス」とは、ＥＧＲユニット５０内の排気ガス、又は、ＥＧＲユニット５０を通過した排気ガスを意味する。ＥＧＲユニット５０は、排気配管３１と掃気配管２１をつなぐＥＧＲ配管５１を有している。ＥＧＲ配管５１内は、排気配管３１から掃気配管２１に向かってＥＧＲガスが流れる。このＥＧＲ配管５１には、排気配管３１側から順に、スクラバ５２、ＥＧＲガスクーラ５３、及びＥＧＲブロワ５４が設けられている。
【００２５】
スクラバ５２は、取り込んだ排気ガスを洗浄する装置である。本実施形態のエンジン本体１０は重油を燃料としており、排気ガスにはＳＯｘ及び多量のすす等が含まれる。取り込んだ排気ガスを洗浄せずにエンジン本体１０に戻すと、排気ガスに含まれるＳＯｘ及びすす等がエンジン本体１０に悪影響を及ぼす。そこで、スクラバ５２により排気ガスからＳＯｘ及びすす等を取り除く。排気ガスを洗浄する方法として、洗浄水中に排気ガスを通過させる方式、排気ガスに洗浄水を噴射する方式、洗浄水をしみこませた部材の間に排気ガスを通過させる方式などがあるが、いずれの方式を採用してもよい。
【００２６】
ＥＧＲガスクーラ５３は、取り込んだ排気ガスを冷却する装置である。本実施形態では、ＥＧＲガスクーラ５３は、ＥＧＲブロワ５４の上流側に配置されている。そのため、ＥＧＲガスクーラ５３によって冷却された排気ガスは、密度が高くなり、体積流量が減少する。これにより、ＥＧＲブロワ５４の負荷を軽減させることができる。なお、ＥＧＲガスクーラ５３は、ＥＧＲブロワ５４の下流側に配置されていてもよく、スクラバ５２の上流側に配置されていてもよい。さらに、ＥＧＲガスクーラ５３は、ＥＧＲ配管５１の複数箇所に配置されていてもよい。
【００２７】
ＥＧＲブロワ５４は、取り込んだ排気ガスを昇圧するとともに、ＥＧＲユニット５０からエンジン本体１０に供給するＥＧＲガスの供給量（ＥＧＲガス流量）を調整する装置である。なお、本実施形態では、このＥＧＲブロワ５４が、本発明の「ＥＧＲガス流量調整部」に相当する。本実施形態のＥＧＲブロワ５４は、容積型のブロワであり、ＥＧＲブロワ５４の回転速度を制御するだけで、ＥＧＲガス流量を調整することができる。
【００２８】
＜制御系の構成＞
次に、エンジンシステム１００の制御系の構成について説明する。図２は、エンジンシステム１００の制御系のブロック図である。図２に示すように、エンジンシステム１００は、エンジンシステム１００全体を制御する制御装置６０を備えている。制御装置６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されている。
【００２９】
制御装置６０は、作業者によって操作が行われる運転操作盤６１、エンジン回転計１４、掃気圧計２２、酸素濃度計２３、及び過給機回転計４４と電気的に接続されている。制御装置６０は、これらの機器から送信される状態信号に基づいて、それぞれ目標エンジン回転数、エンジン回転数（実エンジン回転数）、掃気圧、酸素濃度、及び過給機回転数の各種エンジン状態量を取得することができる。さらに、制御装置６０は、取得した各種エンジン状態量に基づいて種々の演算を行い、エンジンシステム１００の各部を制御する。本実施形態では、制御装置６０は、燃料供給装置１３、及びＥＧＲブロワ５４と電気的に接続されており、種々の演算等の結果に基づいて、これらの機器へ制御信号を送信する。
【００３０】
また、制御装置６０は、機能的な構成として、回転制御部６２と、ＥＧＲ制御部６３と、を有している。このうち回転制御部６２は、エンジン回転数を制御する。運転者が運転操作盤６１を介して目標エンジン回転数を設定すると、回転制御部６２は運転操作盤６１から送信された状態信号に基づいて、目標エンジン回転数を取得する。そして、回転制御部６２は、この目標エンジン回転数とエンジン回転計１４から取得したエンジン回転数（実エンジン回転数）との偏差がゼロになるように燃焼供給装置１３に制御信号（燃料噴射量）を送信する。
【００３１】
一方、ＥＧＲ制御部６３は、ＥＧＲブロワ５４に制御信号を送信し、ＥＧＲガス流量を制御する。図３は、ＥＧＲ制御部６３による制御の流れを示したフロー図である。ＥＧＲ制御部６３による制御には、フィードフォワード処理、フィードバック処理、及びリミット処理が含まれる。以下、図３を参照して、ＥＧＲ制御部６３による制御を説明する。
【００３２】
＜フィードフォワード処理＞
フィードフォワード処理では、現状の酸素濃度をフィードバックする処理は行わず、予め記憶したデータに基づいて最適なＥＧＲガス流量を推定する。
【００３３】
図３に示すステップＳ１乃至Ｓ３がフィードフォワード処理に相当する。ＥＧＲ制御部６３は、制御が開始されると、はじめにエンジン状態量を取得する（ステップＳ１）。ここでいう「エンジン状態量」とは、エンジンシステム１００の状態を示す値であって、目標エンジン回転数、エンジン負荷、掃気圧、過給機回転数、酸素濃度が含まれる。なお、エンジン負荷は、エンジン回転数と燃料噴射量に基づいて算出（推定）することができるが、他のエンジン状態量から算出してもよい。
【００３４】
続いて、ＥＧＲ制御部６３は、取得した各エンジン状態量の値に基づいて、予め記憶したマップデータから個別最適ＥＧＲガス流量を算出する（ステップＳ２）。ＥＧＲ制御部６３は、上述した複数のエンジン状態量のうち、酸素濃度を除く、目標エンジン回転数、エンジン負荷、掃気圧、過給機回転数のそれぞれについて、個別最適ＥＧＲガス流量との関係を示すマップデータを記憶している。そして取得した各エンジン状態量と対応するマップデータとに基づいて、個別最適ＥＧＲガス流量をそれぞれ算出する。
【００３５】
上記のマップデータは、予め行ったエンジンシステム１００の運転データにより作成することができる。マップデータを作成するには、まず、あるエンジン負荷において、ＮＯｘ排出量が環境基準で定められた基準値以下となり、かつ、エンジン負荷の振れ幅が所定以下となるようにＥＧＲガス流量を設定する。そして、その時のＥＧＲガス流量を個別最適ＥＧＲガス流量として記録するとともに、各エンジン状態量を記録する。これをエンジン負荷毎に行えば、各エンジン状態量と個別最適ＥＧＲガス流量との関係が明らかになり、マップデータを作成することができる。
【００３６】
なお、各マップデータは、上記のようにして作成されているため、いずれのエンジン状態量を用いたとしても、算出される個別最適ＥＧＲガス流量は全て同じ値になるようにも思える。しかしながら、周囲条件（例えば、大気温度、大気圧力、海上の風速、及び波高）の違いによりエンジン本体１０にかかる負荷がエンジンシステム１００の測定時と異なるときや、エンジン負荷変動時（例えば、あるエンジン負荷から他のエンジン負荷へ移行する際の過渡期）においては、各エンジン状態量が変動するタイミングや変動率は互いに一致しないため、エンジン状態量毎に算出される個別最適ＥＧＲガス量の値は異なる。
【００３７】
続いて、ＥＧＲ制御部６３は、算出した複数の個別最適ＥＧＲガス流量のうち、最も小さいものを、最適ＥＧＲガス流量に選定する（ステップＳ３）。後述するように、ここで選定された最適ＥＧＲガス流量に基づいて、ＥＧＲブロワ５４に送信する制御信号が生成され、ＥＧＲガス流量が制御される。上記のように個別最適ＥＧＲガス流量のうち、最も小さいものに基づいてＥＧＲガス流量の制御を行えば、運転状態が不安定になりやすいエンジン負荷変動時には、ＥＧＲガス流量が小さくなる方向に制御されるため、高い酸素濃度が維持され、運転状態が不安定になるのを防ぐことができる。
【００３８】
＜フィードバック処理＞
次にフィードバック処理について説明する。フィードバック処理では、フィードフォワード処理で選定された最適ＥＧＲガス流量に、酸素濃度をフィードバックすることにより修正を加える。なお、フィードバック処理は、あくまでも最適ＥＧＲガス流量に修正を加える処理であり、ＥＧＲ流量の制御は最適ＥＧＲガス流量に大きく依存する。
【００３９】
図３のステップＳ４乃至Ｓ７がフィードバック処理に相当する。ＥＧＲ制御部６３は、ステップＳ４において、目標酸素濃度を算出する。具体的には、ＥＧＲ制御部６３は、目標酸素濃度とエンジン負荷との関係を示すマップデータを記憶しており、このマップデータと取得したエンジン負荷に基づいて目標酸素濃度を算出する。なお、目標酸素濃度は、ＮＯｘ排出量が環境基準で定められた基準値以下となり、かつ、エンジン負荷の振れ幅が所定以下となる酸素濃度である。このマップデータも、予め行ったエンジンシステム１００の運転データにより作成することができる。
【００４０】
続いて、ＥＧＲ制御部６３は、フィードバックゲインを設定する（ステップＳ５）。フィードバックゲインとは、後述の修正量の大きさを調整するための定数である。本実施形態では、運転状態に応じてフィードバックゲインが設定される。具体的には、フィードバックゲインは、エンジン負荷変動時にはエンジン負荷整定時に比べて小さく設定される。ただし、エンジン負荷変動時には、フィードバックゲインをゼロに設定してもよい。なお、「エンジン負荷変動時」とは所定時間あたりのエンジン負荷の変化量が所定量以上のときをいい、「エンジン負荷整定時」とは所定時間あたりのエンジン負荷の変化量が所定量未満のときをいう。
【００４１】
続いて、ＥＧＲ制御部６３は、最適ＥＧＲガス流量の修正量を算出する（ステップＳ６）。具体的には、ステップＳ４で算出した目標酸素濃度と酸素濃度計２３から取得した酸素濃度（実酸素濃度）との偏差がゼロとなる、又は、ゼロに近づくＥＧＲガス流量の修正量をフィードバックゲインを用いて算出する。この修正量の算出には、フィードバック制御の演算を用いることができる。
【００４２】
例えば、修正量を算出するにあたって比例制御（Ｐ制御）の演算を用いる場合、上記の偏差に比例ゲインを掛けたものを修正量とすることができる。この場合、比例ゲインがフィードバックゲインに相当する。また、ＰＩＤ制御の演算を用いた場合には、比例ゲインの他、積分ゲイン及び微分ゲインが、フィードバックゲインに相当する。なお、前述したように、フィードバックゲインは、エンジン負荷変動時とエンジン負荷整定時とでは異なるため、同じ偏差であってもエンジン負荷変動時とエンジン負荷整定時とでは、算出される修正量は異なることになる。
【００４３】
続いて、ＥＧＲ制御部６３は、ステップＳ３で算出した最適ＥＧＲガス流量にステップＳ６で算出した修正量（増加量の場合はプラス値、減少量の場合はマイナス値）を加えることで、修正ＥＧＲガス流量を算出する（ステップＳ７）。このように酸素濃度に基づいてフィードバック処理を行うことにより、ＥＧＲガス流量をより最適な値に制御し、ひいてはＮＯｘの排出量の低減とエンジンシステム１００の安定を両立させることができる。
【００４４】
なお、本実施形態において、エンジン負荷変動時にはエンジン負荷整定時に比べてフィードバックゲインを小さく設定する理由は次のとおりである。すなわち、フィードフォワード処理では、エンジン負荷変動時には掃気ガスの酸素濃度を高く確保できるようＥＧＲガス流量が制御される。ところが、フィードバック処理が行われると、フィードフォワード処理の意図に反して、エンジン負荷変動時であっても掃気ガスの酸素濃度が低くなるよう修正されるおそれがある。そのため、エンジン負荷変動時にはフィードバックゲインを小さく設定することで、フィードバック処理による影響を弱め、エンジン負荷変動時に運転状態が不安定になるのを防いでいるのである。
【００４５】
＜リミット処理＞
次に、リミット処理について説明する。リミット処理では、ＥＧＲガス流量が所定の流量範囲内となるように処理が行われる。
【００４６】
図３のステップＳ８乃至Ｓ１３がリミット処理に相当する。ＥＧＲ制御部６３は、ステップＳ８において、ＥＧＲガス流量の上限流量及び下限流量を算出する。ここで、本実施形態では、ＥＧＲユニット５０で取り込まれなかった排気ガスは、全て過給機４０のタービン４１に供給されることから、ＥＧＲガス流量は過給機４０の回転数に直接影響する。例えば、ＥＧＲガス流量が多くなりすぎると、過給機４０の回転数が低下することで掃気圧が低下する。その結果、運転状態が不安定となって、場合によっては失火するおそれがある。そこで、本実施形態では、ＥＧＲガス流量の上限流量を設けている。
【００４７】
一方、前述の場合とは反対に、ＥＧＲガス流量が少なくなりすぎると、過給機４０が過回転して破損するおそれがあり、また、掃気圧が上昇してエンジン本体１０の筒内圧力が過上昇し、エンジン本体１０が破損するおそれがある。そこで、本実施形態では、ＥＧＲガス流量の下限流量を設けている。つまり、本実施形態では、掃気圧が所定の圧力範囲内となるように、かつ、過給機回転数が所定の回転数範囲内となるように、ＥＧＲガス流量の上限流量及び下限流量を設けている。
【００４８】
ただし、エンジン本体１０から排出される排気ガスの流量はエンジン負荷によって異なることから、ＥＧＲガス流量の上限流量及び下限流量は運転状況に応じて変化させる必要がある。そこで、本実施形態では、ステップＳ８において、ＥＧＲガス流量の上限流量及び下限流量を算出している。ＥＧＲガス流量の上限流量及び下限流量の算出は、予め記憶したマップデータと取得したエンジン負荷に基づいて行うことができる。
【００４９】
また、より直接的な方法として、掃気圧及び過給機回転に基づいてＥＧＲガス流量の上限流量及び下限流量を算出してもよい。例えば、予め記憶したマップデータと取得した掃気圧に基づいてＥＧＲガス流量の上限流量を算出するとともに、予め記憶したマップデータと取得した過給機回転数に基づいてＥＧＲガス流量の上限流量を算出し、これら個別に算出したＥＧＲガス流量の上限流量のうち小さい方の値を採用してもよい。同様に、予め記憶したマップデータと取得した掃気圧に基づいてＥＧＲガス流量の下限流量を算出するとともに、予め記憶したマップデータと取得した過給機回転数に基づいてＥＧＲガス流量の下限流量を算出し、これら個別に算出したＥＧＲガス流量の下限流量のうち大きい方の値を採用してもよい。
【００５０】
続いて、ＥＧＲ制御部６３は、ステップＳ７で算出した修正ＥＧＲガス流量がステップＳ８で算出した上限流量よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ９）。ＥＧＲ制御部６３は、ステップＳ９において、修正ＥＧＲガス流量が上限流量よりも小さくない（上限流量以上である）と判定した場合（ステップＳ９でＮＯ）、この上限流量に対応する制御信号をＥＧＲブロワ５４に送信する（ステップＳ１０）。これにより、ＥＧＲブロワ５４は制御信号に対応する回転数で回転し、ＥＧＲガス流量は上限流量に設定される。そのため、運転状態が不安定になるのを回避することができる。
【００５１】
一方、ＥＧＲ制御部６３は、ステップＳ９において、修正ＥＧＲガス流量が上限流量よりも小さいと判定した場合（ステップＳ９でＹＥＳ）、修正ＥＧＲガス流量がステップＳ８で算出した下限流量よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１１）。ＥＧＲ制御部６３は、ステップＳ１１において、修正ＥＧＲガス流量が下限流量よりも大きくない（下限流量以下である）と判定した場合（ステップＳ１１でＮＯ）、下限流量に対応する制御信号をＥＧＲブロワ５４に送信する（ステップＳ１２）。これにより、ＥＧＲブロワ５４は制御信号に対応する回転数で回転し、ＥＧＲガス流量は下限流量に設定される。そのため、過給機４０やエンジン本体１０が破損するのを回避することができる。
【００５２】
一方、ＥＧＲ制御部６３は、修正ＥＧＲガス流量が下限流量よりも大きいと判定した場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）は、修正ＥＧＲガス流量に対応する制御信号をＥＧＲブロワ５４に送信する。これにより、ＥＧＲブロワ５４は制御信号に対応する回転数で回転し、ＥＧＲ流量は修正ＥＧＲガス流量に設定される。なお、修正ＥＧＲガス流量は前述のとおり算出されたものであるため、エンジン負荷整定時には、ＮＯｘ排出量が環境基準で定められた基準値以下となるとともに、エンジン負荷の振れ幅が所定以下となり、エンジン負荷変動時には運転状態が安定する。
【００５３】
なお、ＥＧＲ制御部６３は、ステップＳ１０、Ｓ１２、Ｓ１３のいずれかを経ると、再度ステップＳ１に戻って、上記のステップＳ１乃至Ｓ１３を繰り返す。
【００５４】
＜変形例＞
以上では、ＥＧＲブロワ５４によって、ＥＧＲガス流量を調整するＥＧＲガス流量調整部を構成する場合について説明したが、ＥＧＲブロワ５４以外の機器によってＥＧＲガス流量調整部を構成してもよく、ＥＧＲブロワ５４とそれ以外の機器を組合せてＥＧＲガス流量調整部を構成してもよい。
【００５５】
例えば、図４に示すように、ＥＧＲ配管５１のＥＧＲガスクーラ５３の上流部分とＥＧＲブロワ５４の下流部分とをつなぐバイパス配管５５を設けるとともに、このバイパス配管５５に開度調整可能なＥＧＲガス流量調整弁５６設け、ＥＧＲブロワ５４とＥＧＲガス流量調整弁５６とを組合せてＥＧＲガス流量調整部を構成してもよい。また、図１に示すエンジンシステム１００のＥＧＲ配管５１に、図４に示す流量調整弁５６を直接設けてもよい。これらの場合、制御装置６０からＥＧＲブロワ５４及びＥＧＲガス流量調整弁５６の一方又は両方に制御信号が送信され、ＥＧＲ流量が制御される。
【符号の説明】
【００５６】
１０  エンジン本体
４０  過給機
５０  ＥＧＲユニット
５４  ＥＧＲブロワ（ＥＧＲガス流量調整部）
５６  ＥＧＲガス流量調整弁（ＥＧＲガス流量調整部）
６３  ＥＧＲ制御部
１００  エンジンシステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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