[发明专利]涡轮增压器控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮增压器控制系统及其控制方法，其适用于发动机机构，其中，涡轮增压器的涡轮上游侧的排气通道上设有用于将废气中的氮氧化物（以下称为“NO_x”）还原去除的脱硝反应装置。

背景技术

如图4（a）所示，通常，涡轮增压器101在旋转轴101a的两端上具备涡轮101b和压缩机101c，利用从发动机103的排气口103b向排气通道104排出的高温废气的废气流来旋转涡轮101b，并利用该动力来驱动压缩机101c。然后，被压缩机101c压缩的空气通过扫气室102被供给至发动机103的扫气口103a。

这样，当排气口103b与涡轮101b之间仅设有排气通道104时，涡轮增压器101对于发动机103负荷的增减几乎同步工作，并且在合适的时候对发动机103进行增压。

对此，如图4（b）所示，例如船用柴油机，存在在排气口103b和涡轮101b之间的排气通道104上设有脱硝反应装置106的情况（例如，非专利文献1第42页的图1）。在脱硝反应装置106中内置有SCR催化剂等，该SCR催化剂使废气中的NO_x选择性地与氨气等还原剂进行还原反应，分解成氮和水，进行无害化处理。此外，去除了NO_x后的废气通过烟囱105排出。

但是，这种在涡轮101b的上游侧设置脱硝反应装置106的发动机机构的情况，由于具有大热容量的SCR催化剂在升温或被冷却时需要一定的时间，因此，即使从排气口103b排出的废气温度（以下称为“第一排气温度Te1”）对应于发动机负荷而立即变化，但是直到从脱硝反应装置106的出口106a排出的废气温度（以下称为“第二排气温度Te2”）变化为止发生时间延迟。

因此，例如，在涡轮101b上游侧设置脱硝反应装置106的船用柴油机，发生乱调现象（hunting phenomena），即当降低发动机103负荷时，扫气室102的扫气压Ps高于必要扫气压从而增压过剩（参照非专利文献1第43页的图3），或者，当增加发动机103负荷时，无法获得必要的扫气压Ps从而增压不足。下面，参照图5详细说明产生该乱调的原因。

图5（a）是操作员降低发动机负荷（转数）时的说明图。当降低发动机负荷时，如符号X1所示，虽然排气口103b中的第一排气温度Te1立即降低，但是在通过脱硝反应装置106的时候，由于蓄留在SCR催化剂中的热，废气再次被加热，从而，如符号X1’所示，在脱硝反应装置106的出口106a中的第二排气温度Te2的下降被延迟。

涡轮增压器101的旋转速度基本与导入到涡轮101b的废气温度成比例。因此，在第二排气温度Te2还没有下降的时候，尽管发动机103负荷降低，但是涡轮增压器101的旋转速度处于相对于符合发动机负荷的速度更快的状态，随此，从压缩机101c送入的空气量也过剩，因此，如符号X1”所示，扫气室102的扫气压Ps保持较高状态。由此，由于过量的空气通过扫气室102导入到扫气口103a，因此使发动机103处于增压过剩的状态，从而导致第一排气温度Te1进一步下降。

当这种增压过剩的状态持续一段时间时，一定的时间延迟之后，如符号Y1’所示，第二排气温度Te2过度降低，随此，涡轮增压器101的旋转速度降低，如符号Y1”所示，扫气压Ps也过度降低。

其结果，从压缩机101c送出的空气量小于符合发动机负荷的量，如符号Y1所示，第一排气温度Te1上升。当降低发动机负荷时，发生如上所述现象，重复一段时间，因此到结束为止需要时间。

图5（b）是操作员增加发动机负荷（转数）时的说明图，发生与（a）相反的现象。首先，当增加发动机负荷时，如符号X2所示，虽然第一排气温度Te1立即上升，但是由于脱硝反应装置106内的SCR催化剂具有大热容量，所以升温需要时间，因此如符号X2’所示，第二排气温度Te2的上升被延迟。

因此，在第二排气温度Te2还没有上升的时候，尽管发动机103负荷增加，但是涡轮增压器101的旋转速度处于相对于符合发动机负荷的速度更慢的状态，随此，从压缩机101c送入的空气量也不足，因此，如符号X2”所示，扫气室102的扫气压Ps保持较低状态。由此，由于无法向扫气口103a导入必要的空气，因此发动机103处于增压不足状态，并且也因过多地投入了燃料，从而第一排气温度Te1进一步上升。

当这种增压不足状态持续一段时间时，一定的时间延迟之后，如符号Y2’所示，第二排气温度Te2上升过度，随此，涡轮增压器101的旋转速度加快，如符号Y2”所示，扫气压Ps也上升过度。