脱硝装置的控制装置、脱硝装置、及脱硝装置的控制方法与流程

本申请是下述专利申请的分案申请：

申请号：201480010580.0

申请日：2015年8月26日

发明名称：脱硝装置的控制装置、脱硝装置、及脱硝装置的控制方法

本发明涉及一种脱硝装置的控制装置、脱硝装置、及脱硝装置的控制方法。

背景技术：

通常，柴油机等内燃机的废气中含有nox、sox、以及煤尘等有害物质或对环境造成负荷的物质。因此，提出有各种不排出这种有害物质的方法。

作为减少有害物质的代表性方法有能够减少nox的废气再循环(exhaustgasrecirculation：egr)方法。这是将通过燃烧而产生的废气的一部分混入燃烧用空气后进行燃烧，并通过降低燃烧温度而实现nox的减少的方式。

专利文献1中记载有用于使汽车柴油机的废气再循环而进行冷却的装置。专利文献1中记载的装置具有通过废气涡轮被驱动的压缩机，废气涡轮的下游侧和增压器的上游侧通过废气再循环路得到连接。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2009-511797号公报

发明的概要

发明要解决的技术课题

专利文献1中记载的发动机中，废气再循环路在压缩机的跟前与空气的吸入管连接，废气和空气在吸入管内被混和之后供给到压缩机。在此，例如在船舶等中具备的大型发动机用压缩机中，没有专利文献1所记载的空气的吸入管，而在压缩机的跟前设置有使废气和空气混合后导向压缩机的混合机构。而且，在大型发动机用增压器中，利用专利文献1中记载的发动机所不具备的送风机，将废气供给到混合机构。

因此，在大型发动机用增压器中，若废气的压力较高，则废气有可能从与混合机构连接的空气的吸入口向系统外排出。

本发明鉴于这种情况而作出，其目的在于提供一种能够防止应送往内燃机的废气向系统外泄露的脱硝装置的控制装置、脱硝装置、及脱硝装置的控制方法。

用于解决技术课题的手段

为了解决上述问题，本发明的脱硝装置的控制装置、脱硝装置、及脱硝装置的控制方法采用如下方法。

本发明的第一实施方式所涉及的脱硝装置的控制装置，所述脱硝装置具备：废气涡轮，通过内燃机排出的废气而被旋转驱动；压缩机，通过所述废气涡轮的旋转驱动，将从吸入口吸引的空气和所述废气的一部分压缩，并向所述内燃机送出；混合机构，将所述空气和所述废气混合后导向所述吸入口；空气导入机构，与所述混合机构连接，并且将所述空气导向所述混合机构；及送风机，将所述废气向所述混合机构送出，所述脱硝装置的控制装置具备：压力测定机构，测定导向所述压缩机的气体的压力；及转速控制机构，控制所述送风机的转速，以使所述压力测定机构所测定的压力测定值低于大气压。

根据本发明，脱硝装置具备：废气涡轮，通过内燃机排出的废气而被旋转驱动；及压缩机，通过废气涡轮的旋转驱动，将从吸入口吸引的空气和废气压缩，并向内燃机送出。即，由废气涡轮和压缩机形成增压器。并且，在压缩机连接有将空气和废气混合后导向吸入口的混合机构、及将空气导向混合机构的空气导入机构。并且，脱硝装置具备将废气向混合机构送出的送风机。

在此，若送往压缩机的废气的压力较高，则废气很可能从空气导入机构向系统外泄露。

因此，脱硝装置的控制装置通过压力测定机构测定导向压缩机的气体的压力。另外，由压力测定机构测定的气体是废气、空气、或废气和空气的混合气体。

而且，通过转速控制机构控制所述送风机的转速，以使压力测定机构所测定的压力测定值低于大气压。通过使压力测定机构所测定的压力测定值低于大气压，送往压缩机的废气的压力相对于大气压成为负压。若送往压缩机的废气的压力相对于大气压成为负压，则废气不会从空气导入机构向系统外泄露。

如上所述，上述结构能够防止应送往内燃机的废气向系统外泄露。

在上述第一实施方式中，所述转速控制机构控制所述送风机的转速，以使所述压力测定值成为与扫气压力、所述压缩机的转速、所述内燃机的负荷、及所述内燃机的转速中的任一种相对应的上限值以下。

根据上述结构，能够防止应送往内燃机的废气向系统外泄露，并且能够将该废气设为与内燃机的动作相对应的适当的量。

在上述第一实施方式中，所述脱硝装置设置在船舶，所述上限值具有与所述船舶运行中可预见的所述内燃机的负荷变动相对应的范围。

根据上述结构，能够更可靠地防止应送往内燃机的废气向系统外泄露。

在上述第一实施方式中，所述转速控制机构对根据供给到所述内燃机的氧气浓度计算出的所述送风机的转速进行补正，以使所述压力测定值低于大气压。

根据上述结构，以供给到内燃机的氧气浓度为基准对送风机的转速进行控制，因此，能够抑制内燃机的性能下降，并且能够防止应送往内燃机的废气向系统外泄露。

本发明的第二实施方式所涉及的脱硝装置，其具备：废气涡轮，通过内燃机排出的废气而被旋转驱动；压缩机，通过所述废气涡轮的旋转驱动，将从吸入口吸引的空气和所述废气的一部分压缩，并向所述内燃机送出；混合机构，将所述空气和所述废气混合后导向所述吸入口；空气导入机构，与所述混合机构连接，并且将所述空气导向所述混合机构；送风机，将所述废气向所述混合机构送出；及控制装置，其具有测定导向所述压缩机的气体的压力的压力测定机构、和控制所述送风机的转速，以使所述压力测定机构所测定的压力测定值低于大气压的转速控制机构。

本发明的第三实施方式所涉及的脱硝装置的控制方法，所述脱硝装置具备：废气涡轮，通过内燃机排出的废气而被旋转驱动；压缩机，通过所述废气涡轮的旋转驱动，将从吸入口吸引的空气和所述废气压缩，并向所述内燃机送出；混合机构，将所述空气和所述废气混合后导向所述吸入口；空气导入机构，与所述混合机构连接，并且将所述空气导向所述混合机构；及送风机，将所述废气向所述混合机构送出，所述脱硝装置的控制方法具备：第一工序，通过压力测定机构测定导向所述压缩机的气体的压力；及第二工序，控制所述送风机的转速，以使所述压力测定机构所测定的压力测定值低于大气压。

发明效果

根据本发明，具有如下优异效果：能够防止应送往内燃机的废气向系统外泄露。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的脱硝装置的概略结构图。

图2是本发明的实施方式所涉及的增压器的结构图。

图3是本发明的实施方式所涉及的送风机转速控制部的功能模块图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明所涉及的脱硝装置的控制装置、脱硝装置、及脱硝装置的控制方法的一种实施方式进行说明。

图1是本实施方式所涉及的脱硝装置10的概略结构图。

本实施方式所涉及的脱硝装置10作为一例是船用脱硝装置，其设置在内燃机(本实施方式中为柴油机12)。

如图1所示，脱硝装置10具备增压器14和egr送风机16。

增压器14具备废气涡轮18及压缩机20。

废气涡轮18通过由柴油机12排出的废气而被旋转驱动。

压缩机20将通过废气涡轮18的旋转驱动而从吸入口吸引的空气和废气的一部分(以下，称作“egr气体”)进行压缩并向柴油机12送出。另外，压缩机20设置在旋转轴22的另一端，而在旋转轴22的一端设置有废气涡轮18。并且，压缩机20连接有：将空气和egr气体混合后导向压缩机20的吸入口的混合机构即返回气体用壳体24(也可参照图2)；将空气导向返回气体用壳体24的空气引导机构即消音器26(也可参照图2)。

另外，从压缩机20送出的空气和egr气体的混合气体被空气冷却器28冷却之后供给到柴油机12。

在废气涡轮18中流通的废气经由再循环路30向压缩机20流通。另外，在本实施方式中，在再循环路30中流通的废气为废气涡轮18中流通的废气的一部分，以下称之为“egr气体”。不在再循环路30中流通的废气从烟囱向系统外排出。

再循环路30从上游侧依次具备：egr阀32、egr洗涤器34、egr送风机16。

egr阀32调整向再循环路30流通的egr气体的流量。

egr洗涤器34具备水处理装置35，通过水清洗egr气体来去除egr气体中含有的煤等。

egr送风机16将egr气体向压缩机20送出。

并且，本实施方式所涉及的脱硝装置10具备用于测定导向压缩机20的气体的压力的压力传感器38。另外，由压力传感器38测定的气体为egr气体、空气、或废气和空气的混合气体。

脱硝装置10受脱硝装置控制装置40的控制。脱硝装置控制装置40具备送风机转速控制部42以控制egr送风机16的转速，从而使由压力传感器38测定的压力测定值小于大气压。

图2是增压器14的结构图。

废气涡轮18具有：涡轮壳体50、通过从柴油机12供给的废气而旋转的涡轮圆盘52、设置在蜗轮圆盘52的周向上的涡轮叶片54。

涡轮壳体50以覆盖涡轮圆盘52和涡轮叶片54的方式设置。涡轮壳体50具有：废气从柴油机12的废气集合管(未图示)被引导过来的涡轮壳体入口50a、将柴油机12的废气向涡轮叶片54引导的废气通道50b、将通过涡轮叶片54的废气向废气涡轮18外引导的涡轮壳体出口50c。

涡轮圆盘52呈圆盘形状，沿着周向设置有多个从旋转中心向径向外侧延伸的涡轮叶片54。涡轮叶片54以其径向外侧被涡轮壳体50包围的方式被覆盖。废气从废气通道50b被导向涡轮叶片54。利用向涡轮叶片54引导的废气驱动涡轮圆盘52及旋转轴22旋转。驱动涡轮圆盘52及旋转轴22旋转的废气从涡轮叶片54向涡轮壳体出口50c流出。

压缩机20具有：压缩机壳体56、通过被旋转驱动而压缩空气的叶轮58。

压缩机壳体56以覆盖叶轮58的方式设置。压缩机壳体56具有：经由消音器26及返回气体用壳体24而取入来自外部的空气及egr气体的吸入口即压缩机壳体入口56a、由叶轮58压缩后的空气被引导过来的涡旋室56b、将叶轮58压缩后的空气排出的压缩机壳体出口56c。

叶轮58呈大致圆盘形状，在其一表面上设置有多个从中心向径向外侧延伸的叶片(未图示)。叶轮58以其径向外侧被涡轮室56b包围的方式被覆盖。从压缩机壳体入口56a吸入的空气及egr气体被导向叶轮58。叶轮58通过设置在旋转轴22上的废气涡轮18的旋转驱动而被旋转驱动。通过被旋转驱动的叶轮58，从压缩机壳体入口56a吸入的空气及egr气体被压缩，压缩后的空气及egr气体向叶轮58的径向外侧送出。被叶轮58压缩的的空气及egr气体通过涡旋室56b从压缩机壳体出口56c导出。

压缩机壳体56以在其与消音器26之间夹住返回气体用壳体24的方式设置。返回气体用壳体24在其外壁的局部开设有导入口24a，在该导入口24a连接有对柴油机12的废气的一部分即egr气体进行引导的egr返回配管(未图示)。返回气体用壳体24在其内部设置有大致圆筒状的混合部件62。

混合部件62呈大致圆筒状，其直径与压缩机壳体入口56a的直径大致相同。混合部件62的轴向的一端部与压缩机壳体入口56a连接，另一端部与消音器26连接，由此，在混合部件62的内部，从消音器26导入的空气向压缩机壳体入口56a通过。混合部件62是将在侧壁上设置有多个孔64的多孔板形成为圆筒状的部件。设置在混合部件62的多个孔64例如分别呈大致圆形形状。

在轴承座66贯穿有一端向废气涡轮18侧突出且另一端向压缩机20侧突出的旋转轴22。并且，在轴承座66连接有涡轮壳体50和压缩机壳体56。这些涡轮壳体50、轴承座66、压缩机壳体56通过多个螺栓(未图示)紧固连结成一体。

在轴承座66设置有轴颈轴承(未图示)和推力轴承(未图示)。这些轴颈轴承设置在废气涡轮18侧的附近和压缩机20侧的附近。通过这些轴颈轴承，旋转轴22能够绕轴旋转，且被轴承座66支承。

另外，通过在朝向旋转轴22的半径方向外周而突出设置的推力环(未图示)的两侧配置的推力轴承，能够限制废气作用于蜗轮叶片54而使旋转轴22向轴向移动，并且能够绕旋转轴22旋转。

接着，参照图2对供给到增压器14的egr气体和空气的流动进行说明。

从柴油机12的废气集合管向涡轮壳体50的涡轮壳体入口50a引导废气。导入到涡轮壳体入口50a的废气经由废气通道50b而被导向涡轮叶片54。通过导入到涡轮叶片54的废气，涡轮圆盘52及旋转轴22被旋转驱动。驱动涡轮圆盘52及旋转轴22旋转的废气从涡轮叶片54向涡轮壳体出口50c流出。

在旋转轴22的与设置有涡轮圆盘52的端部相反一侧端部设置有叶轮58，因此旋转轴22被废气旋转驱动，由此叶轮58旋转驱动。通过叶轮58的旋转驱动，空气从消音器26的外周被吸引到消音器26内。并且，柴油机12的废气的一部分作为egr气体从设置在消音器26和压缩机壳体56之间的返回气体用壳体24的导入口24a导入到返回气体用壳体24内。

通过叶轮58的旋转驱动，经由消音器26吸引过来的空气被导向设置于返回气体用壳体24的内部的大致圆筒状的混合部件62的内部。并且，从返回气体用壳体24的导入口24a导入到返回气体用壳体24内的egr气体从设置在混合部件62的多个孔64被导向混合部件62的内部。由此，能够使egr气体均匀地混合在通过混合部件62内部的空气中。

如此，在混合部件62的内部均匀地混合的空气和egr气体作为混合气体而从压缩机壳体入口56a被吸引到压缩机壳体56的内部。吸引到压缩机壳体56的内部的混合气体通过旋转驱动的叶轮58而被压缩。通过叶轮58被压缩的混合气体经由涡室56b从压缩机壳体出口56c排出。

如此，在增压器14被压缩的混合气体供给到柴油机12。由此，柴油机12中供给有通过增压器14而空气和egr气体充分混合而成的混合气体。

在此，本实施方式所涉及的压力传感器38作为一例设置在消音器26的空气入口的端面附近。通过将压力传感器38设置在废气可能泄露的消音器26的端面附近，与将压力传感器38设置在其他部位的情况相比，基于送风机转速控制部42的控制的响应性更好(详细内容后述)。另外，不只限于此，压力传感器38还可以设置在返回气体用壳体24的egr气体入口的端面附近(压力传感器38＿a)或返回气体用壳体24的外周部(压力传感器38＿b)。

接着，对基于送风机转速控制部42的控制进行详细说明。

送风机转速控制部42控制egr送风机16的转速，以使压力传感器38所测定的压力测定值(以下，称作“压缩机吸入压力psuc”)低于大气压。送风机转速控制部42使压缩机吸入压力psuc小于大气压，由此，向压缩机20送出的废气压力相对于大气压成为负压。若向压缩机20送出的废气压力相对于大气压成为负压，则废气不会从消音器26向系统外泄露。

送风机转速控制部42例如由cpu(centralprocessingunit)、ram(randomaccessmemory)、计算机可读取的记录介质等构成。并且，用于实现各种功能的一连串处理作为一例以程序的形式存储于记录介质中，并且由cpu将该程序读取到ram等，执行信息的加工、运算处理，从而实现各种功能。

图3是送风机转速控制部42的功能模块图。另外，在本实施方式中，egr阀32的开度设为恒定(例如，全开)。

本实施方式所涉及的送风机转速控制部42对根据供给到柴油机12的氧气浓度计算出的egr送风机16的转速进行补正，以使压缩机吸入压力psuc低于大气压。

由此，送风机转速控制部42以供给到柴油机12的氧气浓度为基准对egr送风机16的转速进行控制，因此，能够抑制柴油机12的性能下降，并且能够防止应送往柴油机12的egr气体向系统外泄露。

并且，本实施方式所涉及的送风机转速控制部42控制egr送风机16的转速，以使压缩机吸入压力psuc成为与扫气压力ps或增压器转速nt相对应的上限值以下。另外，增压器转速nt即为压缩机20的转速。

由此，送风机转速控制部42能够防止应送往柴油机12的egr气体向系统外泄露，并且能够使egr气体成为与柴油机12的动作相对应的适当的量。

首先，目标o2浓度计算部70根据柴油机12的负荷(以下，称作“发动机负荷”)计算出向柴油机12供给的o2浓度的目标值(以下，称作“目标o2浓度”)，并将目标o2浓度输出到减法运算部72a。另外，目标o2浓度计算部70作为一例具备表示发动机负荷和目标o2浓度之间的关系的map函数，并根据该map函数计算出目标o2浓度。

减法运算部72a计算出现状的o2浓度和目标o2浓度的差值(现状的o2浓度-目标o2浓度)，并将该差值输出给频率补正量计算部74a。

如公式(1)所示，频率补正量计算部74a对上述差值乘上换算系数α计算出表示egr送风机16的转速的频率的补正量即频率补正量a，并将频率补正量a输出给比较部76。换算系数α为正值。

频率补正量a＝α×(现状的o2浓度-目标o2浓度)…(1)

上限值计算部78a根据扫气压力ps计算出压缩机吸入压力psuc的上限值(以下，称作“吸入压力上限值pa”)，并将吸入压力上限值pa输出给减法运算部72b1。上限值计算部78a作为一例具备表示扫气压力ps和压缩机吸入压力psuc之间的关系的map函数，并根据该map函数计算出吸入压力上限值pa。

上限值计算部78b根据增压器转速nt计算出压缩机吸入压力psuc的上限值(以下，称作“吸入压力上限值pb”)，并将吸入压力上限值pb输出给减法运算部72b2。上限值计算部78b作为一例具备表示增压器转速nt和压缩机吸入压力psuc之间的关系的map函数，并根据该map函数计算出吸入压力上限值pb。

吸入压力上限值pa和吸入压力上限值pb为用于使压缩机吸入压力psuc小于大气压的上限值。

并且，吸入压力上限值pa和吸入压力上限值pb具有与船舶运行中能够预见的柴油机12的负荷变动相对应的范围。

船舶所具备的柴油机12的负荷有时会随着气象条件等而急剧发生变动。通过使吸入压力上限值pa和吸入压力上限值pb具有范围，即使在柴油机12的负荷急剧增加，并且废气压力随之上升的情况下，送风机转速控制部42也能够可靠地防止应送往柴油机12的废气向系统外泄露。

并且，由于压缩机20的吸入压力相对于大气压应成为负压，因此压缩机吸入压力psuc、吸入压力上限值pa及吸入压力上限值pb设为负值。

减法运算部72b1计算出吸入压力上限值pa和压缩机吸入压力psuc之间的差值(吸入压力上限值pa-压缩机吸入压力psuc)，并将该差值输出给频率补正量计算部74b1。

如公式(2)所示，频率补正量计算部74b1对上述差值乘上换算系数β1计算出egr送风机16的频率补正量b1，并将频率补正量b1输出给比较部80。换算系数β1为正值。

频率补正量b1＝β1×(吸入压力上限值pa-压缩机吸入压力psuc)…(2)。

减法运算部72b2计算出吸入压力上限值pb和压缩机吸入压力psuc之间的差值(吸入压力上限值pb-压缩机吸入压力psuc)，并将该差值输出给频率补正量计算部74b2。

如公式(3)所示，频率补正量计算部74b2对上述差值乘上换算系数β2计算出egr送风机16的频率补正量b2，并将频率补正量b2输出给比较部80。换算系数β2为正值。

频率补正量b2＝β2×(吸入压力上限值pb-压缩机吸入压力psuc)…(3)。

比较部80通过比较频率补正量b1和频率补正量b2，选择其中的补正量低的一方，并将其作为频率补正量b输出给比较部76。

在频率补正量b为0(零)或负值时(b≤0)，比较部76将频率补正量b输出给加法运算部82，在频率补正量b为正值时(b＞0)，将频率补正量a输出给加法运算部82。

加法运算部82对egr送风机16的现状的频率加上频率补正量a或频率补正量b，并将其作为egr送风机16的频率指令值输出给egr送风机16。

如此，根据图3所示的送风机转速控制部42的控制，在压缩机吸入压力psuc高于吸入压力上限值pa或吸入压力上限值pb时，由于换算系数β2、β1为正值，因而计算出的频率补正量b1、b2为负值。

因此，送风机转速控制部42通过向egr送风机16输出对egr送风机16的现状的频率加上负值的频率补正量b后的频率指令值，能够使egr送风机16的转速低于现状。由此，导向返回气体用壳体24的egr气体成为负压，防止egr气体向系统外泄露。

另外，当频率补正量b为0时，送风机转速控制部42无需对egr送风机16的频率进行补正，因此将为0的频率补正量b输出到加法运算部82，不进行补正而将频率指令值输出给egr送风机16。

另一方面，当频率补正量a为正值时，表示现状的o2浓度高于目标o2浓度，废气混合量不足。

因此，在频率补正量a和频率补正量b均为正值时，送风机转速控制部42通过向egr送风机16输出对egr送风机16的现状的频率加上正值的频率补正量a后的频率指令值，使egr送风机16的频率高于现状。由此，导向返回气体用壳体24的egr气体的量变多，废气混合量增加。

如上所述，本实施方式所涉及的脱硝装置10具备：废气涡轮18，通过柴油机12排出的废气而被旋转驱动；压缩机20，通过废气涡轮18的旋转驱动将从吸入口吸引的空气和egr气体压缩，并向柴油机12送出；返回气体用壳体24，将空气和egr气体混合后导向吸入口；消音器26，与返回气体用壳体24连接，并且将空气导向返回气体用壳体24；及egr送风机16，将废气的一部分作为egr气体向返回气体用壳体24送出。而且，脱硝装置控制装置40测定导向压缩机20的气体的压力，并控制egr送风机16的转速，以使压缩机吸入压力psuc低于大气压。

因此，本实施方式所涉及的脱硝装置控制装置40能够防止应送往柴油机12的egr气体向系统外泄露。

以上，利用上述实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围并不限定于上述实施方式的记载范围。在不脱离本发明宗旨的范围内，可对上述实施方式实施多种变更或改良，而且经过该变更或改良后的方式也包含在本发明的技术范围内。

例如，在上述实施方式中，对送风机转速控制部42控制egr送风机16的转速，以使压缩机吸入压力psuc成为与扫气压力ps及增压器转速nt相对应的上限值以下的情况进行了说明，但是本发明不只限于此。可以采用送风机转速控制部42送风机转速控制部42控制egr送风机16的转速，以便成为与发动机负荷或发动机转速相对应的上限值以下的方式。而且，还可以采用送风机转速控制部42控制egr送风机16的转速，以使压缩机吸入压力psuc成为与扫气压力ps、增压器转速nt、发动机负荷、及发动机转速中的至少一种相对应的上限值以下的方式。

并且，在上述实施方式中，对控制egr送风机16的转速以使压缩机吸入压力psuc低于大气压的方式进行了说明，但是本发明并不限于此。只要压缩机吸入压力psuc控制成低于大气压即可，例如，可以采用脱硝装置控制装置40不控制egr送风机16而控制egr阀32的开度，或一同控制egr送风机16和egr阀32的开度，以使压缩机吸入压力psuc低于大气压的方式。

符号说明

10-脱硝装置，12-柴油机，16-egr送风机，18-废气涡轮，20-压缩机，24-返回气体用壳体，26-消音器，38-压力传感器，40-脱硝装置控制装置，42-送风机转速控制部。