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特表2023-519498複数の排気ガス再循環冷却器の管理のためのシステムおよび方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-05-11
(54)【発明の名称】複数の排気ガス再循環冷却器の管理のためのシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
F02D 21/08 20060101AFI20230501BHJP
F02M 26/05 20160101ALI20230501BHJP
F02M 26/06 20160101ALI20230501BHJP
F02M 26/24 20160101ALI20230501BHJP
【ＦＩ】
F02D21/08
F02D21/08 311Z
F02M26/05
F02M26/06
F02M26/24
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022552285
(86)(22)【出願日】2020-02-18
(85)【翻訳文提出日】2022-10-04
(86)【国際出願番号】 US2020018639
(87)【国際公開番号】W WO2021167593
(87)【国際公開日】2021-08-26
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】319005648
【氏名又は名称】インニオ ワウケシャ ガス エンジンズ インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100091568
【弁理士】
【氏名又は名称】市位 嘉宏
(72)【発明者】
【氏名】ニックス，ローン，ユージーン
【テーマコード（参考）】
3G062
3G092
【Ｆターム（参考）】
3G062AA05
3G062CA02
3G062ED08
3G092AA17
3G092AB01
3G092AB06
3G092AC08
3G092DC08
3G092DF01
3G092DF02
3G092EA11
3G092FA17
3G092HD07
(57)【要約】
システムが提供される。システムは、産業用燃焼エンジンおよび排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムに通信可能に結合されたコントローラを含み、ＥＧＲシステムは、産業用燃焼エンジンによって生成された排気ガスを少なくとも１つの排気システムから少なくとも１つの吸気システムに送るように構成され、ＥＧＲシステムは複数のＥＧＲ回路を含み、複数のＥＧＲ回路の各ＥＧＲ回路は、高温非凝縮冷却器、低温凝縮冷却器、断熱気体／液体分離器、および再加熱器のうちの少なくとも２つを含むＥＧＲ冷却器ユニットを含む。コントローラは、プロセッサと、１つまたは複数のプロセッサ実行可能ルーチンを符号化する非一時的メモリと、を含み、１つまたは複数のルーチンは、プロセッサによって実行されると、コントローラに産業用燃焼エンジンおよびＥＧＲシステムの両方の動作を制御させる。
【選択図】図３
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも１つの吸気システムおよび少なくとも１つの排気システムを含む産業用燃焼エンジンと、前記産業用燃焼エンジンに結合され、前記産業用燃焼エンジンによって生成された排気ガスを前記少なくとも１つの排気システムから前記少なくとも１つの吸気システムに送るように構成された排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムであって、前記ＥＧＲシステムは、
第１のＥＧＲ回路に沿って配置された前記産業用燃焼エンジンの第１の組のシリンダのための第１のＥＧＲ冷却器ユニットと、
第２のＥＧＲ回路に沿って配置された前記産業用燃焼エンジンの第２の組のシリンダのための第２のＥＧＲ冷却器ユニットであって、前記第１および第２のＥＧＲ冷却器ユニットは各々、高温非凝縮冷却器、低温凝縮冷却器、断熱気体／液体分離器、および再加熱器のうちの少なくとも２つを含む、第２のＥＧＲ冷却器ユニットと、を含み、
前記第１および第２のＥＧＲ冷却器ユニットは、前記第１および第２のＥＧＲ回路から前記産業用燃焼エンジンへの前記排気ガスの流れをそれぞれ可能にするように構成された第１および第２のＥＧＲバルブにそれぞれ結合されている、ＥＧＲシステムと、
前記産業用燃焼エンジンおよび前記ＥＧＲシステムに通信可能に結合されたコントローラであって、プロセッサと、１つまたは複数のプロセッサ実行可能ルーチンを符号化する非一時的メモリと、を含み、前記１つまたは複数のルーチンは、前記プロセッサによって実行されると、前記コントローラに、アクチュエータに送信された制御信号を介して、前記第１および第２のＥＧＲバルブを調整することによって前記産業用燃焼エンジンへの前記排気ガスの流れを管理させる、コントローラと、
を含むシステム。
【請求項2】
前記第１のＥＧＲ冷却器ユニットおよび前記第２のＥＧＲ冷却器ユニットの両方は、前記第１および第２のＥＧＲバルブの両方の下流にあって前記産業用燃焼エンジンへの前記排気ガスの流れを可能にするように構成された第３のＥＧＲバルブに結合される、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記第１および第２のＥＧＲ回路は各々、開時に前記排気ガスが前記第１および第２のＥＧＲ冷却器ユニット内の各冷却器をそれぞれバイパスすることを可能にするサーモスタット制御バイパスバルブを含み、前記１つまたは複数のルーチンは、前記プロセッサによって実行されると、前記コントローラに、前記制御信号を介して、前記産業用燃焼エンジンの第１のコールドスタート中に前記第１のＥＧＲ冷却器ユニットまたは前記第２のＥＧＲ冷却器ユニットのうちの一方のみを最初に作動させ、その後に、前記コントローラが、センサから受信したフィードバックに基づいて、前記産業用燃焼エンジンの動作パラメータが指定範囲の外側限界に近づいていることを検出したときに前記第１のＥＧＲ冷却器ユニットおよび前記第２のＥＧＲ冷却器ユニットの両方を作動させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記１つまたは複数のルーチンは、前記プロセッサによって実行されると、前記コントローラに、前記制御信号を介して、前記産業用燃焼エンジンの第２のコールドスタート中に前記産業用燃焼エンジンの前記第１のコールドスタート中に作動されなかった前記第１のＥＧＲ冷却器ユニットまたは前記第２のＥＧＲ冷却器ユニットのいずれかを最初に作動させ、前記第２のコールドスタートは、前記第１のコールドスタート後の次の始動である、請求項３に記載のシステム。
【請求項5】
前記１つまたは複数のルーチンは、前記プロセッサによって実行されると、前記コントローラに、前記制御信号を介して、前記産業用燃焼エンジンの後続のホットスタート中に、前記産業用燃焼エンジンの前記第１のコールドスタート中に作動された前記第１のＥＧＲ冷却器ユニットまたは前記第２のＥＧＲ冷却器ユニットと同じＥＧＲ冷却器ユニットを最初に作動させ、前記後続のホットスタートは、前記第１のコールドスタート後の次の始動である、請求項３に記載のシステム。
【請求項6】
前記１つまたは複数のルーチンは、前記プロセッサによって実行されると、前記コントローラに、前記アクチュエータに送信された前記制御信号を介して、前記第１および第２のＥＧＲバルブを非同期的に調整させて、前記ＥＧＲシステムがエンジン希釈剤要求に達するための目標気体／液体分離効率範囲に達するようにする、請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
前記１つまたは複数のルーチンは、前記プロセッサによって実行されると、前記コントローラに、前記制御信号を介して、センサからのフィードバックに基づいて前記コントローラによって検出された前記第１および第２のＥＧＲ回路のそれぞれでの汚損量に基づいて、前記第１および第２のＥＧＲ回路から利用される前記排気ガスのそれぞれの量を調整させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項8】
前記１つまたは複数のルーチンは、前記プロセッサによって実行されると、前記コントローラに、前記制御信号を介して、前記第１のＥＧＲ回路および前記第２のＥＧＲ回路の一方からの前記排気ガスを前記第１のＥＧＲ回路および前記第２のＥＧＲ回路の他方からの前記排気ガスよりも低い温度に維持することによってＥＧＲ熱除去の操作を行わせる、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
前記１つまたは複数のルーチンは、前記プロセッサによって実行されると、前記コントローラに、前記第１のＥＧＲ回路および前記第２のＥＧＲ回路の一方がディセーブルされているときに、前記制御信号を前記産業用燃焼エンジンに送信させて、前記産業用燃焼エンジンの出力を、前記第１のＥＧＲ回路および前記第２のＥＧＲ回路のうちのディセーブルされていないＥＧＲ回路の利用を可能にする出力レベルまで低減させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項10】
前記ＥＧＲシステムは高圧ループＥＧＲシステムを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項11】
前記ＥＧＲシステムは低圧ループＥＧＲシステムを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項12】
システムであって、産業用燃焼エンジンおよび排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムに通信可能に結合されたコントローラを含み、前記ＥＧＲシステムは、前記産業用燃焼エンジンによって生成された排気ガスを少なくとも１つの排気システムから少なくとも１つの吸気システムに送るように構成され、前記ＥＧＲシステムは複数のＥＧＲ回路を含み、前記複数のＥＧＲ回路の各ＥＧＲ回路は、高温非凝縮冷却器、低温凝縮冷却器、断熱気体／液体分離器、および再加熱器のうちの少なくとも２つを含むＥＧＲ冷却器ユニットを含み、前記コントローラは、プロセッサと、１つまたは複数のプロセッサ実行可能ルーチンを符号化する非一時的メモリと、を含み、前記１つまたは複数のルーチンは、前記プロセッサによって実行されると、前記コントローラに、アクチュエータに送信された制御信号を介して前記複数のＥＧＲ回路に沿って配置されたそれぞれのＥＧＲバルブを完全に開き、前記それぞれのＥＧＲバルブの下流にあって前記複数のＥＧＲ回路によって共有される共有ＥＧＲバルブを調整して前記産業用燃焼エンジンへの前記排気ガスの流れを調整することによって、または前記共有ＥＧＲバルブを完全に開き、前記それぞれのＥＧＲバルブを調整して前記産業用燃焼エンジンへの前記排気ガスの流れを調整することによって、または前記それぞれのＥＧＲバルブおよび前記共有ＥＧＲバルブを部分的に開き、前記産業用燃焼エンジンへの前記排気ガスの流れを調整することによって、前記産業用燃焼エンジンへの前記排気ガスの流れを管理させる、システム。
【請求項13】
前記１つまたは複数のルーチンは、前記プロセッサによって実行されると、前記コントローラに、前記制御信号を介して、前記産業用燃焼エンジンの第１のコールドスタート中に前記複数のＥＧＲ回路のうちの１つのＥＧＲ回路のみを最初に作動させ、その後に、前記コントローラが、センサから受信したフィードバックに基づいて、前記産業用燃焼エンジンの動作パラメータが指定範囲の外側限界に近づいていることを検出したときに、前記複数のＥＧＲ回路の各ＥＧＲ回路を作動させる、請求項１２に記載のシステム。
【請求項14】
前記１つまたは複数のルーチンは、前記プロセッサによって実行されると、前記コントローラに、前記制御信号を介して、前記産業用燃焼エンジンの第２のコールドスタート中に前記産業用燃焼エンジンの前記第１のコールドスタート中に作動されなかった前記複数のＥＧＲ回路のいずれかを最初に作動させ、前記第２のコールドスタートは前記第１のコールドスタート後の次の始動である、請求項１３に記載のシステム。
【請求項15】
前記１つまたは複数のルーチンは、前記プロセッサによって実行されると、前記コントローラに、前記制御信号を介して、前記産業用燃焼エンジンの後続のホットスタート中に、前記産業用燃焼エンジンの前記第１のコールドスタート中に作動された前記複数のＥＧＲ回路ユニットの前記ＥＧＲ回路を最初に作動させ、前記後続のホットスタートは、前記第１のコールドスタート後の次の始動である、請求項１３に記載のシステム。
【請求項16】
前記１つまたは複数のルーチンは、前記プロセッサによって実行されると、前記コントローラに、前記制御信号を介して、前記それぞれのＥＧＲバルブを非同期的に調整させて、前記ＥＧＲシステムがエンジン希釈剤要求に達するための目標気体／液体分離効率範囲に達するようにする、請求項１２に記載のシステム。
【請求項17】
前記１つまたは複数のルーチンは、前記プロセッサによって実行されると、前記コントローラに、前記制御信号を介して、センサからのフィードバックに基づいて前記コントローラによって検出された前記複数のＥＧＲ回路の各ＥＧＲ回路のそれぞれでの汚損量に基づいて、前記複数のＥＧＲ回路から利用される前記排気ガスのそれぞれの量を調整させる、請求項１２に記載のシステム。
【請求項18】
前記１つまたは複数のルーチンは、前記プロセッサによって実行されると、前記コントローラに、前記制御信号を介して、前記複数のＥＧＲ回路のうちの一方のＥＧＲ回路からの前記排気ガスを、前記複数のＥＧＲ回路のうちの他方のＥＧＲ回路からの前記排気ガスよりも低い温度に維持することによってＥＧＲ熱除去の操作を行わせる、請求項１２に記載のシステム。
【請求項19】
前記１つまたは複数のルーチンは、前記プロセッサによって実行されると、前記コントローラに、前記複数のＥＧＲ回路の前記ＥＧＲ回路のうちの１つがディセーブルされているときに、前記制御信号を前記産業用燃焼エンジンに送信させて、前記産業用燃焼エンジンの出力を、前記複数のＥＧＲ回路のうちのディセーブルされていないＥＧＲ回路の利用を可能にする出力レベルまで低減させる、請求項１２に記載のシステム。
【請求項20】
産業用燃焼エンジンおよび排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムに通信可能に結合され、非一時的メモリおよびプロセッサを含むコントローラを利用するステップであって、制御信号を介して、前記産業用燃焼エンジンの第１のコールドスタート中に前記ＥＧＲシステムの複数のＥＧＲ回路のうちの１つのＥＧＲ回路のみを最初に作動させ、その後に、前記コントローラが、センサから受信したフィードバックに基づいて、前記産業用燃焼エンジンの動作パラメータが指定範囲の外側限界に近づいていることを検出したときに、前記複数のＥＧＲ回路の各ＥＧＲ回路を作動させ、
前記制御信号を介して、前記産業用燃焼エンジンの第２のコールドスタート中に、前記産業用燃焼エンジンの前記第１のコールドスタート中に作動されなかった前記複数のＥＧＲ回路のうちのいずれかを最初に作動させ、前記産業用燃焼エンジンの後続のホットスタート中に、前記第１のコールドスタート中に最初に作動された前記ＥＧＲ回路を最初に作動させ、前記第２のコールドスタートまたは前記後続のホットスタートは、前記第１のコールドスタート後の次の始動であり、前記複数のＥＧＲ回路の各ＥＧＲ回路は、複数の機能部分を含むＥＧＲ冷却器ユニットを含む、
ように前記コントローラを利用するステップを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書に開示する主題は、内燃機関に関し、より詳細には、産業用内燃機関用の複数の排気ガス再循環冷却器の管理に関する。
【背景技術】
【0002】
排気ガス再循環（ＥＧＲ）は、内燃機関からの排気ガスの一部を、内燃機関の１つまたは複数のシリンダなどの内燃機関の燃焼室に戻すことを含む。ＥＧＲを使用して、例えば窒素酸化物（ＮＯ）および二酸化窒素（ＮＯ２）（以下、まとめてＮＯｘと呼ぶ）などの窒素酸化物の形成を低減することができる。排気ガスは実質的に不活性である。このため、排気ガスの一部を内燃機関の燃焼室に導入することで、燃料と燃焼される空気との混合気が希釈され、その結果、燃焼ピーク温度および余剰酸素が低下する。その結果、ＮＯｘはより高い温度でより高い濃度で形成されるため、エンジンはＮＯｘの量を低減する。したがって、ＥＧＲは、エンジンの燃焼中に生成されるＮＯｘの量を低減または制限する。
【発明の概要】
【0003】
最初に特許請求する主題の範囲に相応する特定の実施形態を、以下に要約する。これらの実施形態は、特許請求している主題の範囲を限定することを意図しておらず、むしろ、これらの実施形態は、本主題の可能性のある形態の概要を提供することのみを意図している。実際、本主題は、以下に記載する実施形態と同様であっても異なっていてもよい様々な形態を包含することができる。
【0004】
第１の実施形態では、システムが提供される。システムは、少なくとも１つの吸気システムおよび少なくとも１つの排気システムを含む産業用燃焼エンジンを含む。システムはまた、産業用燃焼エンジンに結合され、産業用燃焼エンジンによって生成された排気ガスを少なくとも１つの排気システムから少なくとも１つの吸気システムに送るように構成された排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムを含む。ＥＧＲシステムは、第１のＥＧＲ回路に沿って配置された産業用燃焼エンジンの第１の組のシリンダのための第１のＥＧＲ冷却器ユニットを含む。ＥＧＲシステムはまた、第２のＥＧＲ回路に沿って配置された産業用燃焼エンジンの第２の組のシリンダのための第２のＥＧＲ冷却器ユニットを含み、第１および第２のＥＧＲ冷却器ユニットは各々、高温非凝縮冷却器、低温凝縮冷却器、断熱気体／液体分離器、および再加熱器のうちの少なくとも２つを含む。第１および第２のＥＧＲ冷却器ユニットは、第１および第２のＥＧＲ回路から産業用燃焼エンジンへの排気ガスの流れをそれぞれ可能にするように構成された第１および第２のＥＧＲバルブにそれぞれ結合される。システムは、産業用燃焼エンジンおよびＥＧＲシステムに通信可能に結合されたコントローラをさらに含み、コントローラは、プロセッサと、１つまたは複数のプロセッサ実行可能ルーチンを符号化する非一時的メモリと、を含み、１つまたは複数のルーチンは、プロセッサによって実行されると、コントローラに、アクチュエータに送信された信号を介して、第１および第２のＥＧＲバルブを調整することによって産業用燃焼エンジンへの排気ガスの流れを管理させる。
【0005】
第２の実施形態では、システムが提供される。システムは、産業用燃焼エンジンおよび排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムに通信可能に結合されたコントローラを含み、ＥＧＲシステムは、産業用燃焼エンジンによって生成された排気ガスを少なくとも１つの排気システムから少なくとも１つの吸気システムに送るように構成され、ＥＧＲシステムは複数のＥＧＲ回路を含み、複数のＥＧＲ回路の各ＥＧＲ回路は、高温非凝縮冷却器、低温凝縮冷却器、断熱気体／液体分離器、および再加熱器のうちの少なくとも２つを含むＥＧＲ冷却器ユニットを含む。コントローラは、プロセッサと、１つまたは複数のプロセッサ実行可能ルーチンを符号化する非一時的メモリと、を含み、１つまたは複数のルーチンは、プロセッサによって実行されると、コントローラに、アクチュエータに送信された制御信号を介して複数のＥＧＲ回路に沿って配置されたそれぞれのＥＧＲバルブを完全に開き、それぞれのＥＧＲバルブの下流にあって複数のＥＧＲ回路によって共有される共有ＥＧＲバルブを調整して産業用燃焼エンジンへの排気ガスの流れを調整することによって、または共有ＥＧＲバルブを完全に開き、それぞれのＥＧＲバルブを調整して産業用燃焼エンジンへの排気ガスの流れを調整することによって、またはそれぞれのＥＧＲバルブおよび共有ＥＧＲバルブを部分的に開き、産業用燃焼エンジンへの排気ガスの流れを調整することによって、産業用燃焼エンジンへの排気ガスの流れを管理させる。
【0006】
第３の実施形態では、方法が提供される。本方法は、産業用燃焼エンジンおよび排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムに通信可能に結合され、非一時的メモリおよびプロセッサを含むコントローラを利用するステップであって、制御信号を介して、産業用燃焼エンジンの第１のコールドスタート中にＥＧＲシステムの複数のＥＧＲ回路のうちの１つのＥＧＲ回路のみを最初に作動させ、その後に、コントローラが、センサから受信したフィードバックに基づいて、産業用燃焼エンジンの動作パラメータが指定範囲の外側限界に近づいていることを検出したときに、複数のＥＧＲ回路の各ＥＧＲ回路を作動させるように、コントローラを利用するステップを含む。本方法はまた、制御信号を介して、産業用燃焼エンジンの第２のコールドスタート中に、産業用燃焼エンジンの第１のコールドスタート中に作動されなかった複数のＥＧＲ回路のうちのいずれかを最初に作動させるステップであって、産業用燃焼エンジンの後続のホットスタート中に、第１のコールドスタート中に最初に作動されたＥＧＲ回路を最初に作動させ、第２のコールドスタートまたは後続のホットスタートは、第１のコールドスタート後の次の始動であり、複数のＥＧＲ回路の各ＥＧＲ回路は、複数の機能部分を含むＥＧＲ冷却器ユニットを含む、ステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【0007】
本主題のこれらの、ならびに他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、さらによく理解されよう。添付の図面では、すべての図面を通して、類似する符号は類似する部分を表す。
【0008】
【図1】一実施形態による、エンジン駆動発電システムのブロック図である。
【0009】
【図2】一実施形態による、エンジン駆動発電システムで使用するためのエンジン制御モジュール（ＥＣＭ）の概略図である。
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
本主題の１つまたは複数の具体的な実施形態を以下に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供するために、実際の実施態様のすべての特徴が本明細書に記載されていなくてもよい。そのような実際の実施態様の開発においては、あらゆるエンジニアリングまたは設計プロジェクトと同様に、実施態様ごとに異なり得るシステム関連およびビジネス関連の制約条件の遵守など、開発者の特定の目標を達成するために、実施態様ごとに特有の多数の決定を行わなければならないことを、理解すべきである。さらに、このような開発への取組みは、複雑で時間がかかるものであるかもしれないが、それでも、本開示の利益を得る当業者にとっては、設計、製作、および製造の日常的な仕事であることを理解されたい。
【0019】
本主題の様々な実施形態の要素を導入するとき、冠詞「１つの（ａ、ａｎ）」、「この（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」は、その要素が１つまたは複数存在するという意味であることを意図している。「備える」、「含む」、および「有する」という用語は、包含的であって、列挙された要素以外のさらなる要素も存在し得るという意味であることを意図している。
【0020】
本開示の実施形態は、産業用燃焼エンジン（例えば、２メガワット（ＭＷ）の電力を生成するように構成される）用の排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムの制御または管理を可能にする。以下により詳細に説明するように、ＥＧＲシステムは、各々が複数の機能部を含むＥＧＲ冷却器ユニットを含む複数のＥＧＲ回路を含む。例えば、各ＥＧＲ冷却器ユニットは、以下の部分、すなわち、高温非凝縮冷却器、低温凝縮冷却器、断熱気体／液体分離器、および再加熱器のうちの少なくとも２つを含むことができる。さらに、各ＥＧＲ回路は、開いたときに排気がそれぞれのＥＧＲ冷却器ユニット内の各冷却器をバイパスすることを可能にするサーモスタット制御バイパスバルブを含むことができる。コントローラは、産業用燃焼エンジンおよびＥＧＲシステムの両方の動作の制御を可能にする産業用燃焼エンジンおよびＥＧＲシステムの両方に通信可能に結合される。複数のＥＧＲ回路（およびＥＧＲ冷却器ユニット）の管理は、冗長性および追加の容量ならびに追加の機能を提供する。例えば、以下でより詳細に説明するように、複数のＥＧＲ冷却器ユニットは、ＥＧＲ熱除去のオンライン操作、別のＥＧＲ回路がディセーブルされている場合にエンジンが停止されている（すなわち、エンジンは最大出力未満で動作する）間の１つのＥＧＲ回路の利用、ＥＧＲ分配管理、逐次的ウォームアップ、および他の機能を可能にする。
【0021】
エンジン駆動発電システム１０の一例を図１に示す。エンジンは、動力を生成および出力するが、動力の適用は、発電、ガス圧縮、機械的駆動、コジェネレーション（例えば、熱と電力との組み合わせ）、三角測量（例えば、温室用途のための熱、電力、および工業用化学物質の組み合わせ）、または他の用途であってもよいことに留意されたい。このシステムは、排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム１４に結合されたエンジン１２（例えば、往復動内燃機関）を含む。システム１０は、固定用途（例えば、産業用発電エンジンまたは定置往復動内燃機関）での利用に適合されている。特定の実施形態ではあるが、記載された技術は、モバイル用途（例えば、船舶または機関車）で利用されてもよい。特定の実施形態では、システム１０は、２メガワット（ＭＷ）を超える電力を生成することができる。他の実施形態では、システム１０は、２ＭＷ未満の電力（例えば、１ＭＷ～２ＭＷの電力、または１ＭＷ未満の電力）を生成することができる。システム１０はまた、希釈剤としてＥＧＲを利用しながら、化学量論的空気燃料当量比（例えば、λ＝１）でエンジン１２を動作させることができる。化学量論的条件下でエンジン１２を動作させることにより、排気後処理システム（例えば、三元触媒）をシステム１０によって利用して排出物を削減することが可能になる。いくつかの動作モードでは、ラムダ設定点がリッチ（例えば、λは１．０未満である）であってもよいことに留意されたい。実際のλの主要な決定要因は、一般に「スタックアウト」と呼ばれる排気後処理システムからの排出物出力によって決定される。特定の実施形態では、動作は、所望の「スタックアウト」発光を達成するために、特定の周波数で、λ範囲内の特定のλ値またはディザを目標とすることができる。λが０．９６～１．０４の化学量論的／リッチ燃焼のエンジンを動作させることが典型的であるが、これは主に特定の排気後処理システム（例えば、貴金属装填、コーティング、温度など）によって決定される。λの変化は、ＥＣＭ１６によって説明されるＥＧＲシステム１４に対する動的な影響を有する。特定の実施形態では、システム１０はまた、希釈剤および排気後処理システム（例えば、二元酸化触媒コンバータ（「Ｏｘｉ－Ｃａｔ」）および／または選択的触媒還元（ＳＣＲ）が触媒（例えば、アンモニアまたは尿素であるが、これに限定されない）に還元剤を能動的に注入する）としてＥＧＲも利用しながら、リーンバーン条件下でエンジンを動作させることができる。
【0022】
以下でより詳細に説明するように、排熱要件およびＥＧＲ冷却器の物理的サイズに起因して、ＥＧＲシステム１４は、複数のＥＧＲ回路を含むことができ、各ＥＧＲ回路はＥＧＲ冷却器ユニットを含む。各ＥＧＲ冷却器ユニットは、複数の機能部を含むことができる。ＥＧＲシステム１４は、高圧ループＥＧＲシステム（例えば、排気ガスは、ターボチャージャのタービンの上流から迂回され、圧縮機の後に吸気システムに再導入される）または低圧ループＥＧＲシステム（例えば、排気ガスは、ターボチャージャのタービンの下流から迂回され、ターボチャージャの圧縮機の前に吸気システムに再導入される）を利用することができる。ＥＧＲシステム１４による複数のＥＧＲ回路／冷却器ユニットの利用は、冗長性、追加容量、および追加機能を生成するためにシステム１４を管理する際の自由度を高める。例えば、複数のＥＧＲ冷却器ユニットは、ＥＧＲ熱除去のオンライン操作、他のＥＧＲ回路がディセーブルされている場合にエンジンが停止されている間の１つのＥＧＲ回路の利用、ＥＧＲ分配管理、逐次的ウォームアップ、および他の機能を可能にする。
【0023】
エンジン１２は、二行程エンジン、四行程エンジン、または他のタイプのエンジン１２であってもよい。特に、実施形態では、エンジン１２は、四行程エンジンである。エンジン１２はまた、Ｖ、Ｗ、ＶＲ（別名、Ｖ－インライン）またはＷＲシリンダバンク構成の１つ（例えばインライン）または複数（例えば、左右のシリンダバンク）のシリンダバンク内に任意の数の燃焼室、ピストン、および付随するシリンダ（例えば、１～２４）を含んでもよい。例えば、特定の実施形態では、システム１０は、シリンダ内で往復運動する６、８、１２、１６、２０、２４以上のピストンを有する大規模産業用往復エンジンを含むことができる。いくつかのそのような場合、シリンダおよび／またはピストンは、約１３．５～３１センチメートル（ｃｍ）の直径を有することができる。特定の実施形態では、シリンダおよび／またはピストンは、上記範囲外の直径を有してもよい。エンジン１２によって利用される燃料は、例えば、天然ガス、関連石油ガス、水素（Ｈ２）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、バイオガス、下水ガス、埋立地ガス、石炭鉱山ガス、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、アンモニア（ＮＨ３）などの任意の適切な気体燃料であってもよい。燃料はまた、ガソリン、ディーゼル、メタノール、またはエタノール燃料などの様々な液体燃料を含んでもよい。燃料は、高圧（ブロースルー）燃料供給システムまたは低圧（ドロースルー）燃料供給システムまたは直接噴射のいずれかによって流入させることができる。特定の実施形態では、エンジン１２は火花点火を利用することができる。他の実施形態では、エンジン１２は圧縮点火を利用することができる。
【0024】
システム１０は、エンジン１２およびＥＧＲシステム１４と通信するように動作可能に結合されたエンジン制御モジュール（ＥＣＭ）またはエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１６（例えば、コントローラ）を含む。さらに、ＥＣＭ１６は、１つまたは複数のセンサ１８および１つまたは複数のアクチュエータ２０と通信するように動作可能に結合される。ＥＣＭ１６は、単一のコントローラまたは同じもしくは別個のハウジングに収容された複数のコントローラであってもよい。センサ１８は、エンジン１２、ＥＧＲシステム１４、またはエンジンシステム１０の他の構成要素のうちの１つまたは複数の構成要素に結合され、エンジン１２、ＥＧＲシステム１４、および／またはエンジンシステム１０のうちの１つまたは複数の動作特性を感知し、動作特性を表す信号を出力することができる。典型的なエンジン動作特性のいくつかの例は、エンジン速度、吸気マニホールド絶対圧力（ＩＭＡＰ）または吸気マニホールド密度（ＩＭＤ）などのトルク指示特性、ブレーキ平均有効圧力（ＢＭＥＰ）または指示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）または他の推定値などのエンジンへの入力から決定されたエンジンの動力出力を示す特性、排気酸素含有量などのエンジンの空気対燃料当量比を示す特性、周囲温度および／またはエンジン温度、周囲圧力、周囲湿度、ならびにその他を含む。センサ１８によって測定され得る他の特性のいくつかの例は、エンジンの出力、例えば、エンジンによって駆動される発電機、エンジンによって駆動される圧縮機のスループットおよび圧力、ロードセルで測定されるエンジン負荷などからのエンジンの出力を含む。アクチュエータ２０は、エンジン１２、ＥＧＲシステム１４、および他のエンジンシステム構成要素を制御する際に使用される様々なエンジンシステム構成要素（具体的には図示せず）を制御するように適合される。典型的なエンジン構成要素のいくつかの例は、スロットル、ターボチャージャ、ターボチャージャ圧縮機バイパスまたはウェイストゲート、調整可能燃料ミキサなどの空気／燃料調整装置、燃料圧力調整器、燃料噴射器、キャブレータ、１つまたは複数のＥＧＲバルブなどを含む。ＥＣＭ１６はまた、他の構成要素２２と通信するように結合されてもよい。他の構成要素２２のいくつかの例は、ユーザがＥＣＭ１６に問い合わせ、またはＥＣＭ１６にデータもしくは命令を入力することを可能にするユーザインターフェース、エンジンまたはエンジンシステムの動作特性以外の情報を検知する１つまたは複数の外部センサ、ＥＣＭ１６がシステムの特性を通信することができる監視または診断機器、エンジンによって駆動される負荷（例えば、発電機、圧縮機、または他の負荷）などを含むことができる。
【0025】
図２を参照すると、ＥＣＭ１６は、非一時的コンピュータ可読媒体またはメモリ２６に動作可能に結合されたプロセッサ２４を含む。コンピュータ可読媒体２６は、ＥＣＭ１６から完全にまたは部分的に取り外し可能であってもよい。コンピュータ可読媒体２６は、本明細書に記載の方法のうちの１つまたは複数を実行するためにプロセッサ２４によって使用される命令を含む。より具体的には、メモリ２６は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの揮発性メモリ、および／または読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、光ドライブ、ハードディスクドライブ、もしくはソリッドステートドライブなどの不揮発性メモリを含むことができる。加えて、プロセッサ２４は、１つまたは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、１つまたは複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、１つまたは複数の汎用プロセッサ、またはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。さらに、プロセッサという用語は、当技術分野でプロセッサと呼ばれる集積回路に限定されず、コンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ、特定用途向け集積回路、および他のプログラム可能回路を広く指している。ＥＣＭ１６は、センサ１８、アクチュエータ２０、および他の構成要素２２などから１つまたは複数の入力信号（ｉｎｐｕｔ１．．．ｉｎｐｕｔｎ）を受信することができ、センサ１８、アクチュエータ２０、および他の構成要素２２などに１つまたは複数の出力信号（ｏｕｔｐｕｔ１．．．ｏｕｔｐｕｔｎ）を出力することができる。
【0026】
ＥＣＭ１６は、エンジン１２（図１）を指定された動作状態、例えば指定された速度、トルク出力、または他の指定された動作状態に動作させ、エンジンを定常状態動作に維持する。この目的のために、ＥＣＭ１６は、エンジン状態パラメータを含むセンサ１８からの入力を受信し、エンジン１２を動作させるようにアクチュエータ２０を制御するように適合された１つまたは複数のアクチュエータ制御信号を決定して出力する。ＥＣＭ１６はまた、以下でより詳細に説明するように、センサ１８からの入力に基づいてＥＧＲシステム１４を動作させる。以下は、ＥＧＲ流の量または速度を推定または計算する際にＥＣＭ１６が利用することができる供給源（例えば、センサ、技術など）の非限定的な例であり、すなわち、コリオリ流量計、熱線風速計、層流計、超音波流量計、ボルテックス開口計、差圧（ΔＰ；エンジン、ＥＧＲ回路、または個々の構成要素にわたる）、および正味差法（動力のための燃料、λのための空気、速度密度からの合計）である。特定の実施形態では、ＥＧＲ流の量または速度を推定または計算するための追加の方法は、吸気システムから各化学成分（例えば、ＣＯ２、ＣＯ、ＮＯｘ、Ｎ２Ｏ、ＶＯＣ、ＨＣ、ＣＨ２Ｏ、ＮＨ３など）のガス濃度をサンプリングし、これらを、全エンジン流の一部として吸気システム流を構成する追加の流れ（例えば、周囲空気、燃料、閉クランクケース換気（ＣＣＶ）、およびＥＧＲ）と比較することを含む。これらの化学成分の一部は、排気（すなわち、ＥＧＲ）のみに由来する。したがって、吸気システム濃度が測定される場合、流量ストリームの状態特性を補正するときに比例するため、体積ＥＧＲ流量パーセントを推定することができる。図１０は、ＥＣＭ１６のより具体的な非限定的な例を提供する。
【0027】
図３～図８は、エンジン駆動発電システム１０の様々な実施形態を説明する。図３は、低圧ループＥＧＲシステム（例えば、排気ガスは、ターボチャージャ（ＴＣ）のタービンの下流から迂回され、ターボチャージャ（ＴＣ）の圧縮機の前に吸気システムに再導入される）を利用する図１のエンジン駆動発電システム１０の概略図である。図３に示すシステム１０の様々な構成要素は、複数の構成要素として示されているが、アスタリスクで示すようにエンジンシリンダバンク間で共有されてもよい。図示するように、エンジン１２は、複数のシリンダバンク２８（例えば、バンクＡおよびバンクＢであるが、典型的には、それぞれ左右のシリンダバンクを指す）および複数のＥＧＲ回路３０を含む。図示するように、システム１０は、並列の２つのＥＧＲ回路３０を含む。ＥＧＲ回路３０の数は変化してもよい（例えば、２、３、４、またはそれ以上）。さらに、特定の実施形態では、ＥＧＲ回路３０は直列に配置されてもよい。各燃焼室３４は、それぞれのシリンダヘッドを含む。各シリンダヘッド３２は、それぞれのシリンダ（図示せず）内に配置されたそれぞれのピストンを含む複数のアセンブリを含む。各シリンダの燃焼室３４には燃料が供給され、燃焼室３４には燃焼が生じる吸気バルブ３６を介して酸化剤（例えば、空気）が供給され、排気バルブ３８によってエンジン１２からの排気の排出が制御される。各シリンダバンク２８は、吸気マニホールド４０（または吸気システム）と、排気マニホールド４２（または排気システム）と、スロットル４４とを含む。スロットル４４、圧縮機バイパスバルブ５８、およびウェイストゲート５６は、燃焼室３４に供給される酸化剤／燃料の量を規定する主要な動力制御装置である。特定の実施形態では、他の動力制御は、可変タービン形状または可変バルブタイミングを含むことができる。
【0028】
図示するように、システム１０はまた、各ＥＧＲ回路３０に関連するターボチャージャ４６およびインタークーラ４８（例えば、熱交換器）を含む。特定の実施形態では、ターボチャージャ４６の代わりに電子圧縮機（例えば、圧縮機に連結された電動モータを有する）を利用することができる。特定の実施形態では、多段ターボチャージシステムを利用することができる。各ターボチャージャ４６は、タービン５２に（例えば、駆動シャフト（図示せず）を介して）結合された圧縮機５０を含む。空気（例えば、酸化剤）は、吸気口５４を介して供給される。特定の実施形態では、吸気口５４内にエアフィルタを配置することができる。タービン５２は、排気ガスによって駆動されて圧縮機５０を駆動し、圧縮機は、インタークーラ４８による冷却後に吸気マニホールド４０に吸気するために吸気、燃料、およびＥＧＲ流を圧縮する。また、吸気口５４の下流かつ圧縮機５０の上流には、燃料供給システム５３から燃料が供給される。図示するように、燃料供給システム５３は、低圧（ドロースルー）燃料供給システムである。低圧（ＬＰ）燃料システムでは、圧縮機５０の前に大気圧またはわずかに低大気圧でガス（燃料）を空気と混合することによって、低ガス圧が利用される。次いで、空気燃料混合物は、圧縮機５０を通って引き込まれ、圧縮される。燃料は周囲条件で混合するため、これらの条件の変化はエンジン性能に影響を及ぼす。エンジン燃料レギュレータに対する典型的なガス（燃料）圧力は、０．５から５ｐｓｉｇの範囲にある。特定の実施形態では、燃料供給システム５３は、高圧（ＨＰ）燃料供給システムであってもよい。高圧燃料システムでは、ターボチャージエンジンは、圧縮機５０によって生成されるブースト圧力よりも大きいガス（燃料）供給圧力を必要とする。空気が圧縮機５０を通過した後に燃料が空気流に導入されるので、この差圧（すなわち、空気圧より高いガス）は、気化器内の燃料と空気との適切な混合を可能にする。エンジン燃料レギュレータに対する典型的なガス（燃料）圧力は、１２から９０ｐｓｉｇの範囲にある。特定の実施形態では、燃料供給システム５３は、エンジン１２に供給される空気および燃料を調整するための制御装置を含むことができる。
【0029】
排気マニホールド排出部と排気システムとの間にウェイストゲート５６（例えば、ウェイストゲートバルブ）を配置して、タービン５２からの排気エネルギーを迂回させることによってターボチャージャ４６を調整することができる。ウェイストゲート５６は、ターボチャージャ４６のタービン５２に供給されるエンジン排気の量、したがって圧縮機５０によって生成される圧縮機吐出圧力を機能的に調整する。ウェイストゲート５６は、一体型（例えば、タービン５２と共に）、電子制御ウェイストゲート（ｅ－ウェイストゲート）、またはシステム１０内の他の場所の圧力を感知する空気圧ウェイストゲートであってもよい。システム１０はまた、吸気流の一部をエンジン１２に分流することによって圧力を制御するために、各ターボチャージャ４６の各圧縮機５０に関連するそれぞれのバイパスバルブ５８（例えば、圧縮機バイパスバルブ（ＣＢＶ））を含むことができる。図示するように、圧縮機バイパスバルブ５８は、圧縮機５０から分離されている。特定の実施形態では、圧縮機バイパスバルブ５８は、圧縮機５０内に一体化されている。
【0030】
ＥＧＲ回路３０に沿って各タービン５２の下流には、ＥＧＲ冷却器ユニット６０が配置されている。特定の実施形態では、各ＥＧＲ冷却器ユニット６０は、複数の機能セグメントを含む。図示するように、各ＥＧＲ冷却器ユニット６０は、高温非凝縮冷却器６２と、低温凝縮冷却器６４と、断熱気体／液体分離器６６と、再加熱器６８とを含む。再加熱器６８は、ＥＧＲ流を所望の温度に加熱するために、ジャケット水と呼ばれることもあるエンジン冷却剤を利用することができる。高温非凝縮冷却器６２、低温凝縮冷却器６４、および再加熱器６８の各々は、補助冷却剤回路として知られる別個の冷却剤ラインを含むことができ、またはジャケット水を利用することができる。さらに、高温非凝縮冷却器６２、低温凝縮冷却器６４、および再加熱器６８は、バランスオブプラント（ＢｏＰ）の一部であり得る油圧統合回路７０に相互接続されてもよい。特定の実施形態では、各ＥＧＲ冷却器ユニット６０は、これらの機能部のうちの少なくとも２つを含む。特定の実施形態では、各ＥＧＲ冷却器ユニット６０は、各機能部のうちの複数を含むことができる。システム１０は、ＥＧＲ回路３０とＥＧＲ冷却器ユニット６０との間に配置されたバイパスバルブ７２（例えば、サーモスタット制御バイパスバルブ）を含む。バイパスバルブ７２は、局所温度に反応していてもよく、または（例えば、アクチュエータを介して）ＥＣＭ１６によって制御されてもよい。バイパスバルブ７２（例えば、開いている場合）は、ＥＧＲ流を気体／液体分離器６６に導き、したがって冷却器６２、６４をバイパスする。
【0031】
ＥＧＲシステム１４の各ＥＧＲ回路３０は、排気マニホールド４２の下流かつ圧縮機５０の上流に配置されたＥＧＲバルブ７４を含む。特に、ＥＧＲバルブ７４は、それぞれのＥＧＲ冷却器ユニット６０の低温側に配置されて、それを周囲温度付近に保つ。ＥＧＲバルブ７４は、開かれると、圧縮機５０へのＥＧＲ流、およびその後のエンジン１２の吸気マニホールド４０へのＥＧＲ流を可能にする。図示するように、これらのＥＧＲバルブ７４は、互いに対して平行に配置されている。図示するように、共有または混合ＥＧＲバルブ７６が、ＥＧＲバルブ７４の下流に配置されている。ＥＧＲバルブ７６は、各ＥＧＲ回路３０からのＥＧＲ流の変調（および混合）を可能にする。ＥＧＲバルブ７６は、各ＥＧＲバルブ７４と直列に配置されている。特定の実施形態では、ＥＧＲシステム１４はＥＧＲバルブ７６を含まなくてもよく、ＥＧＲ流は圧縮機５０の上流に直接供給されてもよい。
【0032】
各回路３０内の排気の一部はＥＧＲ冷却器ユニット６０に向けて迂回されるが、排気の残りの部分は排気後処理システム７８に向けて迂回される。特定の実施形態では、排気後処理システム７８は、排気排出物（例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および他の排出物）を低減するための三元触媒を含むことができる。
【0033】
システム１０、エンジン１２、およびＥＧＲシステム１４の様々な構成要素（またはこれらの構成要素用のアクチュエータ）は、ＥＣＭ１６と通信することができる。例えば、ＥＧＲバルブ７４、７６、スロットル４４、圧縮機バイパスバルブ５８、ウェイストゲートバルブ５６、バイパスバルブ７２、および／または燃料供給システム５３（空気／燃料制御装置を含む）は、ＥＣＭ１６がこれらの構成要素を制御することを可能にするために、ＥＣＭ１６に通信可能に結合されてもよい。
【0034】
上述したように、システム１０の特定の構成要素が（例えば、シリンダバンク２８にわたって）共有されてもよい。図４は、低圧ループＥＧＲシステムを利用する（例えば、吸気マニホールド４０を共有する）図１のエンジン駆動発電システム１０の概略図である。図４に示すシステム１０は、吸気マニホールド４０の共有に対応するためにシリンダバンク２８にわたって以下の構成要素、すなわち、インタークーラ４８、吸気マニホールド４０、およびスロットル４４が共有されていることを除いて、図３に記載した通りである。図５は、低圧ループＥＧＲシステムを利用する（例えば、吸気マニホールド４０および排気マニホールド４２を共有する）図１のエンジン駆動発電システム１０の概略図である。図５に示すシステム１０は、吸気マニホールド４０および排気マニホールド４２の共有に対応するために、以下の構成要素、すなわち、吸気口５４、ウェイストゲート５６、圧縮機バイパスバルブ５８、インタークーラ４８、吸気マニホールド４０、スロットル４４、ターボチャージャ４６（圧縮機５０およびタービン５２を含む）、排気後処理システム７８、および排気マニホールド４２がシリンダバンク２８にわたって共有されることを除いて、図３に記載した通りである。これらの実施形態では、他の構成要素が共有されてもよい。
【0035】
図６は、高圧ループＥＧＲシステムを利用する（例えば、排気ガスがタービンの上流から迂回され、圧縮機の後に吸気マニホールドに再導入される）図１のエンジン駆動発電システム１０の概略図である。図６に示すシステム１０の様々な構成要素は、複数の構成要素として示されているが、アスタリスクで示すようにエンジンシリンダバンク間で共有されてもよい。図６のシステム１０は、いくつかの違いを除いて、図３で説明した通りである。図６に示すように、各ＥＧＲ回路のＥＧＲ冷却器ユニット６０は、排気マニホールド４２の下流かつタービン５２の上流に配置されている。また、インタークーラ４８と吸気マニホールド４０との間には、圧縮機５０の下流側でＥＧＲ冷却器ユニット６０からＥＧＲ流が導入される。さらに、燃料は、空気内に導入され、インタークーラ４８と吸気マニホールド４０との間で排気される。図示するように、燃料供給システム５３は、高圧（ブロースルー）燃料供給システムである。特定の実施形態では、高圧燃料供給システム５３は、吸気ポート噴射（図示せず）によって達成される個々のガス混合の形態をとることができる。特定の実施形態では、燃料供給システム５３は、低圧燃料供給システムであってもよい。
【0036】
上述したように、システム１０の特定の構成要素が（例えば、シリンダバンク２８にわたって）共有されてもよい。図７は、高圧ループＥＧＲシステムを利用する（例えば、吸気マニホールド４０を共有する）図１のエンジン駆動発電システム１０の概略図である。図７に示すシステム１０は、吸気マニホールド４０の共有に対応するためにシリンダバンク２８にわたって以下の構成要素、すなわち、インタークーラ４８、吸気マニホールド４０、およびスロットル４４が共有されることを除いて、図６に記載した通りである。図８は、高圧ループＥＧＲシステムを利用する（例えば、吸気マニホールド４０および排気マニホールド４２を共有する）図１のエンジン駆動発電システム１０の概略図である。図８に示すシステム１０は、吸気マニホールド４０および排気マニホールド４２の共有に対応するために、以下の構成要素、すなわち、吸気口５４、ウェイストゲート５６、圧縮機バイパスバルブ５８、インタークーラ４８、吸気マニホールド４０、スロットル４４、ターボチャージャ４６（圧縮機５０およびタービン５２を含む）、排気後処理システム７８、および排気マニホールド４２がシリンダバンク２８にわたって共有されることを除いて、図６に記載した通りである。これらの実施形態では、他の構成要素が共有されてもよい。
【0037】
後述するように、複数のＥＧＲ回路３０およびＥＧＲ冷却器ユニット６０の管理は、ＥＧＲシステム１４に機能性の向上をもたらす。例えば、ＥＧＲ回路３０およびＥＧＲ冷却器ユニット６０は、ＥＧＲシステム１４の逐次的ウォームアップによってＥＧＲシステム１４の熱質量を低減するように管理することができる。熱質量は、熱を貯蔵することを可能にし、温度変動に対する慣性を提供する質量の特性である。往復運動内燃機関の場合、一般に、往復運動内燃機関は、それが受けることができる２つの異なる温度、すなわち動作温度および周囲温度を有すると説明することができる。動作温度は、完全に機能するエンジンの定常状態温度、または一般にウォームアップと呼ばれる定格出力（速度および負荷）で作動することが可能な、凝縮物を生成する可能性のある臨界ＥＧＲ流構成要素として説明することができる。動作温度はまた、所定の一定値入力であってもよい。周囲温度は、エンジンを取り囲む現在の環境温度、および均等化させることができる場合にエンジンが達成することができる可能な最低温度、または所定の一定値の入力として最もよく説明することができる。理論的には、エンジンが受けることができる最大温度変化は、周囲温度で始まり、動作温度が達成されるまで加温する。同様に、潜在的にＥＧＲ流を必要としない動力を生成しない任意のエンジン、および潜在的に最大ＥＧＲ流を必要とするその最大動力のエンジンは、これら２つの極値の間でＥＧＲ流を連続的に増加させる。意図は、流体の露点よりも低温であることによって、ＥＧＲ流と接触し、凝縮を生じる危険性がある、加温される必要がある熱質量を制限することである。遷移温度は手動で定義することができる。あるいは、これらの２つの温度の間の遷移温度を定義することができ、以下の式
Ｔｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ＝ＴＡｍｂｉｅｎｔ＋Ｃ（Ｔｏｐｅｒａｔｉｏｎ－ＴＡｍｂｉｅｎｔ）
において、０＜Ｃ≦１．０である。
特定の実施形態では、Ｃは、１．０、０．９、０．８、０．７、０．６、もしくは０．５、またはそれらの間の任意の数以下であってもよい。例えば、Ｃが０．５以下である場合、それは２つの条件間の単純な平均を可能にする。
Ｔｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ＝ＴＡｍｂｉｅｎｔ＋Ｃ（Ｔｏｐｅｒａｔｉｏｎ－ＴＡｍｂｉｅｎｔ）
において、０＜Ｃ≦１．０である。
特定の実施形態では、Ｃは、１．０、０．９、０．８、０．７、０．６、もしくは０．５、またはそれらの間の任意の数以下であってもよい。例えば、Ｃが０．５以下である場合、それは２つの条件間の単純な平均を可能にする。
【0038】
あるいは、遷移温度は、動作温度または周囲温度に関係なく独立して定義されてもよい。例えば、排気の凝縮温度（露点）からいくらかのマージンを維持しながら、大気圧でのゼロ過剰空気で燃焼される商業的品質の天然ガス（ＣＱＮＧ）は、約５７．２℃（１３５°Ｆ）である。あるいは、時間および温度は熱伝達原理を介して直接関係するため、ホットスタートとコールドスタートとの間の遷移は、時間の所定の一定値の入力に置き換えられてもよい。外力による最低速度でのクランキングであるエンジン始動時に、遷移温度は、２つの状態を定義するためのしきい値として使用される：第１に、Ｔ＜Ｔｔｒａｎｓｉｔｉｏｎの場合、これがコールドスタートとして定義され、および第２に、Ｔ＞Ｔｔｒａｎｓｉｔｉｏｎの場合、これがホットスタートとして定義される。遷移温度の目的は、既に周囲温度を超えているハードウェアを再利用することによる熱質量の利点と、熱的な低サイクル疲労の累積損傷、ＥＧＲ流体からの沈着物による汚損、および他の問題による機械的摩耗または劣化との間のバランスをとるためのしきい値を作成することである。
【0039】
ＥＧＲ使用目的関数も定義する必要がある。この使用目的関数の目的は、ＥＧＲループの異なる構成要素の機械的摩耗および断裂または劣化を並行して定量化し、独立して制御することができることである。ＥＧＲ使用目的関数は、デューティサイクル（エンジン出力および時間）、始動回数、流れた総ＥＧＲ量、センサに基づく流れた総冷却剤量、ユーザ入力のオーバーライド、または他の要因であってもよいが、必ずしもこれらに限定されない。クランキングがコールドスタートとして開始されると、ＥＧＲ使用目的関数に従って、複数のＥＧＲ並列回路３０のうちの少なくとも１つが最初に使用される。これは、エンジン動作に基づくＥＧＲ流の要求が、複数のＥＧＲ並列回路３０を同時に使用することを必要とするまで行われる。直後の２つのコールドスタートイベントが最初に複数のＥＧＲ並列回路３０のうちの同じものを使用することはない。クランキングがホットスタートとして開始されると、ＥＧＲ使用目的関数に従って、複数のＥＧＲ並列回路３０のうちの少なくとも１つが最初に使用される（例えば、作動される）。これは、エンジン動作に基づくＥＧＲ流の要求が、複数のＥＧＲ並列回路３０を同時に使用することを必要とするまで行われる。ホットスタートイベントは、コールドスタート中にＥＧＲ使用目的関数によって使用するために最後に識別された複数のＥＧＲ並列回路３０の同じものを使用する。
【0040】
コールド再始動中、ＥＧＲ回路３０が加熱する必要がある質量の量は半分（または３つ以上のＥＧＲ回路が並列に存在する場合は半分未満）しかないので、最初はただ１つのＥＧＲ回路３０が利用される。最初に、エンジン１２の始動中に、最初に利用されるＥＧＲ回路において、バイパスバルブ７２が全開またはオンにされて、ＥＧＲ流が分離器６６に流れ、冷却器６２、６４の熱質量をバイパスすることを可能にする。高温非凝縮冷却器６２および／または低温凝縮冷却器６４からなるＥＧＲ冷却器ユニット６０がその目標温度に達すると、バイパスバルブ７２が徐々に閉じられるかまたはオフになる。特定の実施形態では、バイパスは、再加熱器６８の補助として使用することができる。可能な最大冷却量が初期ＥＧＲ回路３０によって達成されるが、より多くの冷却が必要とされると、別のＥＧＲ回路３０の利用が初期ＥＧＲ回路３０と同じ方法で開始される（例えば、バイパスバルブ７２の初期利用）。ホット再始動中、ＥＧＲ回路３０は同じ方式で順次利用されるが、バイパスの利用はスキップされる。
【0041】
図９は、図１のエンジン駆動発電システムの逐次的ウォームアップ中にＥＧＲシステムを利用するための方法８０のフローチャートである。特定の実施形態では、方法８０に示す動作またはステップの全部または一部は、ＥＣＭ１６のプロセッサ２４によって実行されてもよい。例えば、プロセッサ２４は、メモリ２６に記憶されたデータを実行するためのプログラムを実行することができる。方法８０は、直近の始動イベント（例えば、ホットまたはコールドスタート）においてどのＥＧＲ回路３０（およびＥＧＲ冷却器ユニット６０）が最初に利用されたか（例えば、作動されたか）を決定するステップを含む（ブロック８２）。方法８０はまた、次の始動イベントがコールドスタートまたは再始動である場合には、直近の始動または再始動で最初に利用されなかったＥＧＲ回路３０で始動または再始動を開始するステップを含む（ブロック８４）。方法８０は、次の始動がホットスタートまたは再始動である場合には、直近の始動または再始動で最初に利用されたのと同じＥＧＲ回路３０で始動または再始動を開始するステップをさらに含む（ブロック８６）。方法８０はさらに、その後に、必要に応じて（すなわち、コントローラが、センサから受信したフィードバックに基づいて、産業用燃焼エンジンの動作パラメータが指定範囲の外側限界に近づいていることを検出した場合）、残りのＥＧＲ回路３０（すなわち、現在の始動または再始動において最初に利用されていないＥＧＲ回路３０）を利用するステップを含む（ブロック８８）。上述したように、再始動のタイプに応じて、バイパスバルブ７２は利用されてもされなくてもよい。ＥＧＲ回路３０の逐次的ウォームアップの利用は、ＥＧＲシステム１４の熱質量を減少させる。
【0042】
ＥＧＲシステム１４内の複数のＥＧＲ回路３０によって可能にされる別の機能は、ＥＧＲ分配管理である。複数のＥＧＲ回路３０（例えば、並列回路）は、それらの流体流れ挙動が異なってもよい。この差は、最初の製造または保守の間に存在し得るか、または動作に起因して経時的に現れる可能性がある。異なる流体流挙動の発生源は、必ずしもこれらに限定されないが、製造公差の変動、不正確な設置、不正確なメンテナンス、異なるメンテナンス段階、流れ損失の違い（回路の長さ、パイプの曲がり、くびれなどの違い）、外部熱源（放射、対流、伝導）、沈着物による汚損の蓄積、二次冷却剤流の温度または流量の違い、加えられた背圧の違い（ＥＧＲ抽出の位置）、加えられた下流圧力の違い（ＥＧＲ出口の位置）、ＥＧＲ回路への追加の流れの接続（閉クランクケース換気（ＣＣＶ）ガス、ＥＧＲの供給または需要の異常（圧縮機ストール、失火、バックファイア（吸気爆燃）、アフターファイア（排気爆燃））、ＥＧＲ回路内の漏れ、気体／液体分離または凝縮物によって引き起こされる制限、ＥＧＲバルブの動きの制限された範囲、フィルタ要素の詰まり、ならびに他の問題を含むことができる。独立して制御することができる並列回路内のＥＧＲループの異なる構成要素は、並列の少なくとも２つのＥＧＲ回路３０からのＥＧＲ出力の合計を表すエンジン１２への総ＥＧＲ流を維持するために独立して動作することができる。並列回路内の各ＥＧＲループからの流れ寄与は、必ずしも等しくなくてもよい。特定の実施形態では、ＥＣＭ１６は、ＥＧＲ回路３０に存在するそれぞれの汚損の量（例えば、システム１０を通して沈着し、センサを介してＥＣＭ１６によって検出される）に基づいて、各ＥＧＲ回路３０から利用されるＥＧＲ流のそれぞれの量を管理する。例えば、汚損が少ないＥＧＲ回路３０を利用して、エンジン１２に供給されるＥＧＲ流の大部分に寄与することができる。
【0043】
ＥＧＲシステム１４内の複数のＥＧＲ回路３０によって可能にされるさらなる機能は、リンプホームモードである。リンプホームモードは、診断によって検出されるように、異常動作中にエンジン１２が損傷するのを防ぐように設計された安全システムである。リンプホームモードが作動すると、エンジン１２は、減速された速度、低減された負荷、または低減された動力でのみ動作する。リンプホームモードは、異常動作状態を修復するためのサービスを提供することができる好都合な時間まで、ディレートではあるが、継続的な動作を可能にする。複数のＥＧＲ並列回路３０を用いて、ＥＧＲに対する現在のエンジン要求と比較してＥＧＲ能力を低下させる全体的または部分的な故障が存在する場合、ＥＧＲシステム１４全体によってＥＧＲのレベルを安全に提供することができるまで、エンジンディレートが発生する。特定の実施形態では、エンジンディレートは、複数のＥＧＲ並列回路３０のうちの１つまたは複数の部分全体の完全な停止を伴うことができる。特定の実施形態では、すべてのＥＧＲ流が停止され、エンジン１２は希釈剤なしで達成可能な最大出力で作動する（例えば、約４０％の定格電力）。特定の実施形態では、ＥＧＲ回路３０のうちの１つがディセーブルされると、ＥＣＭ１６は、ＥＧＲ回路３０のディセーブルされていないＥＧＲ回路３０の利用を可能にするのに十分なエンジン１２の電力を低減する。
【0044】
ＥＧＲシステム１４内の複数のＥＧＲ回路３０によって可能にされるさらなる機能は、ＥＧＲ熱除去のオンライン操作である。複数のＥＧＲ並列回路３０はそれぞれ、複数の機能部を有する上述のようなそれぞれのＥＧＲ冷却器ユニット６０を含む可能性が高い。複数のＥＧＲ回路３０が並列に協調して動作する場合、各それぞれのＥＧＲ回路３０の各構成要素（ＥＧＲ冷却器ユニット６０の構成要素を含む）は、これらの並列回路からエンジン１２に出力される合成ＥＧＲ流体の熱物理的状態を維持するように独立して制御することができる。組み合わされたＥＧＲ流体出力の熱物理的状態は、その温度、圧力、液体質量流量、ガス質量流量、各化学成分の体積濃度（ＣＯ２、ＣＯ、ＮＯｘ、Ｎ２Ｏ、ＶＯＣ、ＨＣ、ＣＨ２Ｏ、ＮＨ３など）によって一意的に規定されてもよい。液体質量流量およびガス質量流量は、代替的に相対湿度値または絶対湿度値として表されてもよい。各化学成分の異なる体積濃度は、失火、バックファイア（吸気爆燃）、アフターファイア（排気爆燃）、不完全燃焼、空気燃料当量比の変動、希釈剤比の変動、燃焼と相互作用する成分の損傷、筒内灰または沈着物の蓄積の違い、および他の問題に起因して生じ得る。各それぞれのＥＧＲ回路３０の独立した制御は、エンジン１２から環境またはプラント（ＢｏＰ）のバランスへの熱バランス、損失または拒絶に影響を及ぼす。この拒絶は、用途のニーズによって最適化（最小化または最大化）され得る。例えば、ＢｏＰへの熱損失は、熱エネルギーを有用に利用することができる熱電併給（ＣＨＰ）の用途において最大化することができる。例えば、熱エネルギーを有用に利用することができず、最終的なヒートシンク（ＵＨＳ）、典型的には周囲環境に送られる用途では、ＢｏＰへの熱損失を最小限に抑えることができ、ＢｏＰの熱流の容量は制限され得る。環境に対する排熱が制限される一般的な状況は、暑い日、晴れた日、湿気のある日、または利用可能なユーティリティまたは環境水流に制限がある状況である。一例では、ＥＣＭ１６は、（例えば、ＥＧＲ回路３０のためのＥＧＲ冷却器ユニット６０の再加熱器６８を閉じることによって）一方のＥＧＲ回路３０からのＥＧＲ流を他方のＥＧＲ回路３０からのＥＧＲ流よりも低い温度に維持することによってＥＧＲ熱除去の操作を行うことができる。ＥＧＲ熱除去の操作は、ＥＧＲ回路３０への一次流体（ＥＧＲ）または二次流体（冷却剤）の制御を介して行うことができる。
【0045】
ＥＧＲシステム１４内の複数のＥＧＲ回路３０によって可能にされるまたさらなる機能は、超微細ＥＧＲ質量流量分解能制御である。複数のＥＧＲ並列回路３０により、図３～図８で上述したように、少なくとも２つのＥＧＲ流量制御バルブを互いに直列／並列構成にすることが可能である。例えば、上述したように、各並列ＥＧＲ回路のＥＧＲバルブ７４は互いに並列であり、共有ＥＧＲバルブ７６は各ＥＧＲバルブ７４に対して直列に配置されている。２つのＥＧＲバルブが直列である状況（例えば、ＥＧＲバルブ７４対ＥＧＲバルブ７６）では、通常可能であるものを超える超微細ＥＧＲ質量流量分解能制御機能の可能性がある。バルブは、典型的には、不感帯（例えば、バルブアクチュエータシステムに大きな遊びがあり、バルブが動かない期間がある場合）、制御アクチュエータの最小位置決め精度／分解能、不可能な中間流れ位置を擬似的に複製するための２つの位置間のディザリング、ターンダウン比（装置の動作範囲の幅に関連し、最大容量と最小容量との比として定義される）、および他の制限など、それらの機能に制限を有する。直列の２つのＥＧＲバルブにより、ＥＧＲ質量流量のコース調整および微調整の方策を使用することが可能である。バルブ作動の組み合わせは、別々のＥＧＲバルブの各々よりも細かい流量制御分解能を有する。機能的には、これはＥＧＲを使用するエンジンにとって重要であるが、それは、最大効率の位置は、典型的には、燃焼動作範囲／窓の境界付近（例えば、ノック境界、排気ガス温度限界、失火限界、ピーク着火圧力限界など）にあるからである。ＥＧＲバルブのこの操作は、ＥＧＲ流の変動が、エンジンの機械的健全性または排出コンプライアンスがリスクになるであろうその設計された燃焼動作範囲／窓（例えば、ノック境界、排気ガス温度限界、失火限界、ピーク燃焼圧力限界、排気排出物後処理システムの操作窓など）外で燃焼を動作させることを許容することなく、エンジンの最大効率を維持することを可能にする。特定の実施形態では、ＥＣＭ１６は、ＥＧＲ回路のＥＧＲバルブ７４を完全に開き、共有ＥＧＲバルブ７６を調整してエンジンへのＥＧＲ流の流れを調整することによって、エンジンへのＥＧＲ流を管理する。別の実施形態では、ＥＣＭ１６は、共有ＥＧＲバルブ７６を完全に開き、ＥＧＲバルブ７４を調整してエンジンへのＥＧＲ流を調整することによって、エンジンへのＥＧＲ流を管理する。さらなる実施形態では、ＥＣＭは、エンジンへのＥＧＲ流を調整するためにＥＧＲバルブ７４、７６を部分的に開くことによってＥＧＲ流を管理する。
【0046】
特定の実施形態では、上述のように直列／並列構成に配置されたＥＧＲバルブ７４、７６を用いて、ＥＧＲバルブの故障を克服することができる。例えば、２つのバルブが直列にある状況では、１つのバルブが故障した場合（スタック全開、スタック全閉、スタック部分開）またはその対応するアクチュエータの場合でも、ＥＧＲ制御を継続する可能性がある。これは、直列／並列構成の他のバルブで補償することによって可能である。例えば、直列流れ構成の下流バルブ（例えば、ＥＧＲバルブ７６）が部分的に閉じられない場合、運転マージンを減少させることによってシステム差圧またはガス流速を増加させることによって、ＥＧＲ流質量を部分的に回収することができる。差圧を制御する１つの方法は、油圧抵抗、可変形状ターボチャージャ、可変バルブタイミング、ＥＧＲポンプまたはブロワを変更することによるものである。別の例では、直列流れ構成の下流バルブ（例えば、ＥＧＲバルブ７６）が全開に失敗した場合、上流バルブ（例えば、ＥＧＲバルブ７４）を介して完全なＥＧＲ流制御を維持することができる。なおさらなる例では、直列流れ構成の上流バルブ（例えばＥＧＲバルブ７４）が完全に閉じられないか、または部分的に閉じられない場合、ＥＧＲ流れ質量は、動作マージンを減少させ、他のＥＧＲ並列回路を通る流れを増加させることによってシステム差圧またはガス流速を増加させることによって部分的に回復され得る。またさらなる例では、直列流れ構成の上流バルブ（例えばＥＧＲバルブ７４）が全開に失敗した場合、下流バルブ（例えば、ＥＧＲバルブ７６）および他の並列ＥＧＲ回路用のバルブ（例えば、ＥＧＲバルブ７４）を介して完全なＥＧＲ流れ制御を維持することができる。克服できない唯一の状況は、下流バルブ（例えば、ＥＧＲバルブ７６）が完全に閉じられない場合である。この状況が発生した場合、前述のリンプホームモード機能が利用される。
【0047】
ＥＧＲシステム１４内の複数のＥＧＲ回路３０によって可能にされるまたさらなる機能は、ＥＧＲ回路３０のＥＧＲ冷却器ユニット６０を管理することによって気体／液体分離効率を目標とすることである。目標は、制御された量のＥＧＲおよび液体質量流量を供給することである。その理由は、排気ガスおよび水の両方（液体または蒸気状態）が燃焼の希釈剤として作用するためである。液体質量流量が多すぎると、システム効率を低下させる可能性がある高速液滴によって引き起こされる浸食を引き起こす可能性があり、また他の合併症（例えば、吸気マニホールド内の液体、インタークーラ、シリンダライナ、スパークプラグ短絡など）を引き起こす可能性があるので、あるいは液体質量流量が少なすぎると燃焼ノッキングを引き起こす可能性があるので、液体質量流量を制御することが重要である。過熱はこれを行う１つの方法であるが、ＥＧＲ熱交換器を離れるとすぐに、排気ガスは熱を失い、システム全体を移動するにつれて凝縮する可能性がある。様々な直径の液滴形成は、気体成分がその露点より下に冷却されるときに常に起こる。過熱は、流体の露点よりも約２５から３０℃高い温度で起こり得る。大気圧でのゼロ過剰空気で燃焼された排気の商業的品質の天然ガス（ＣＱＮＧ）の凝縮温度（露点）は、約５７．２℃（１３５°Ｆ）である。
【0048】
ＥＧＲ中の液体質量流量を制御する別の方法は、気体／液体分離器を利用するものであり、気体／液体分離器の種類およびスタイルは様々であり得る（例えば、メッシュ、ベーン、サイクロン、繊維床など）。気体／液体分離器は、単に、気体流によって同伴される液滴を保持する装置である。気体／液体分離は、いくつかの機構（例えば、慣性（重力は特別な場合である）、直接遮断、拡散（ブラウン運動）、静電引力など）を介して作動する。各機構は、用途、動作、または耐用年数の範囲全体にわたって一定ではない独自の分離効率を有する。すべての組み合わされた機構による全体的な気体／液体分離効率もまた、用途、動作、または耐用年数の範囲全体にわたって一定ではない。気体からのすべての液滴の完全な、すなわち１００％の分離効率は非現実的である。このため、全体的な気体／液体分離効率は、一般に、限界分離最小液滴直径と最大液滴直径との間の明確な積分として表される。分離液滴の直径を制限する範囲は、意図される用途に一致するべきである。制限液滴直径、したがって全体的な気体／液体分離効率は、気体速度の逆関数であることに留意することが重要である。全体的な気体／液体分離効率は、フラッディング限界までのガス流速の増加と共に増加する。フラッディング限界は、気体／液体分離器内の凝集した液滴が、ガス速度からのせん断力が液滴（すなわち、再エントレインメント（液体キャリーオーバ））を液体表面から係合解除できるほど十分に大きい場合である。再エントレインメントは、システムが処理するように設計されているものを上回るガス流速または液体質量の動作の指標である。フラッディング限界に対応する最大ガス流速は、システム設計に基づいて変化する。一般に、ワイヤベースの分離器の最大ガス流速は、３～５ｍ／ｓ未満に保たれるべきであり、ベーンベースの分離器は、１０ｍ／ｓ未満に保たれるべきである。第１のワイヤベースの段階で液体液滴を凝集させるためにワイヤベースの分離器およびベーンベースの分離器を直列に使用することは珍しくなく、これはフラッディング限界またはそれを超えて意図的に動作し、より大きなコースの液滴の再エントレインメント（液体キャリーオーバ）が起こり、第２のベーンベースの分離器によって効果的に分離され、その結果、多段システムの全体的な気体／液体分離効率が高くなる。気体／液体分離器の外側のＥＧＲシステム内の方向変化および圧力差は、１０ｍ／ｓという低い流速での再エントレインメントの原因となり得ることに留意されたい。ＥＧＲシステムのガス速度は、典型的には３０ｍ／ｓを超えない。設計速度は、許容可能なマージンを提供するために、このレジームを回避することが望まれる場合、フラッディング限界最大ガス速度の最大ガス流速の約７５％であるべきである。
【0049】
気体／液体分離器では、各機構が自身の分離効率を有する推移により、全体の分離効率が最小となる範囲が一般的である。分離効率に影響を及ぼす３つのカテゴリの７つのパラメータがあることが一般に合意されている。これらのカテゴリには、１）空気力学的直径を参照する、特徴的な目標分離器寸法および液滴サイズなどの幾何学的パラメータ、２）ガス速度、圧力降下、および流れの定常性または均一性などの流れパラメータ、ならびに３）液滴密度、ガス密度、ガス粘度（いずれも温度と圧力の関数）などの物理的性質が含まれる。エンジンがオンラインである間、全体的な気体／液体分離効率（例えば、ガス速度、圧力降下、および温度）に影響を及ぼすように最適化するために、限られた数の動作変数のみを操作することができる。所定の低温凝縮冷却器の過冷却および再加熱器の過熱が使用される場合、ガス速度および圧力降下は、全体的な気体／液体分離効率に影響を及ぼすように最適化するために操作される唯一の動作変数である。複数のＥＧＲ冷却器６０の管理を通じて、ＥＧＲシステム１４の特定の分離効率を目標とするために、複数のＥＧＲ冷却器６０の間でエンジン希釈剤要求要件をバランスさせることができる。実際には、この目標分離効率は、性能センサ（例えば、センサ１８）からの入力およびＥＧＲシステム１４に関連する他の任意選択の入力に基づいて、ＥＣＭ１６内のＥＧＲ決定器によって達成される。ＥＧＲ伝達関数は、定数、変数、流体特性、経験的相関、履歴的に記憶されたデータ、重み付けされた目的関数、物理的寸法、式または他の数学的演算、論理またはモデルを含むことができる。したがって、特定の実施形態では、ＥＣＭ１６は（例えば、低エンジン負荷では）、排気ガスおよび水蒸気の両方の総ＥＧＲ供給を維持しながらＥＧＲシステム１４の目標気体／液体分離効率範囲に達するようにＥＧＲバルブ７４，７６を非同期的に調節して、ＥＧＲ回路３０のうちの一方でより高いガス速度を維持することによってエンジン希釈剤需要に達することができ、ガス流速がフラッディング限界まで増加して分離効率が増加するにつれて排気の大部分をエンジンに提供し、より低い速度の残りの冷却器はエンジン希釈剤の需要の残りの部分をまかなう。例えば、制限されたＥＧＲ回路３０内の１つまたは複数のＥＧＲ冷却器モジュールがそれらの二次流体流を制限または完全にディセーブルすることができるので、ＥＣＭ１６は、バイアスされたＥＧＲループのより高いガス速度を維持して、気体／液体分離器６６の最適な気体／液体分離の効率範囲内に留まることができる。
【0050】
図１０は、産業用燃焼エンジン１２の燃焼室に供給される空気／燃料混合気およびＥＧＲの量を制御する際に使用するための例示的なＥＣＭ１６を示す。図１０は、ＥＣＭ１６の非限定的な例である。集合的に、空気／燃料混合物、ＥＧＲ、および燃焼室に供給される任意の他の希釈剤は、本明細書では吸気充填と呼ばれる。図１０の例示的なＥＣＭ１６は、センサ１８からエンジン状態パラメータの入力を受信し、この例では、ＩＭＡＰまたはＩＭＤセンサ、エンジン速度センサ９２、エンジン性能センサ９４、および診断センサ９５などのトルク指示特性センサ９０を含むことができ、アクチュエータ２０に信号を出力する。ＥＣＭ１６はまた、以下でより詳細に説明する追加の入力９６を受信することができる。追加の入力９６は、吸気マニホールド圧力および燃料の質の入力を含むことができる。他の実施態様では、追加の、より少ない、または異なる追加の入力が使用されてもよい。アクチュエータ２０は、エンジン１２に供給される空気と燃料との比を制御するように動作可能な空気／燃料制御装置９８を少なくとも含む。空気／燃料制御装置９８の例は、固定オリフィス領域空気／ガス混合器、調整可能オリフィス領域空気／ガス混合器、１つまたは複数の燃料噴射器、または他の空気／燃料制御装置または装置の組み合わせを使用するエンジンシステムにおける燃料圧力調整器または空気バイパスを含む。アクチュエータ２０はまた、ある量のＥＧＲをエンジン１２に導入するための１つまたは複数のＥＧＲ制御装置１００（例えば、複数のＥＧＲアクチュエータ、複数のＥＧＲバイパスなど）を含むことができる。ＥＧＲ制御装置１００の他の例には、真空調整器、圧力調整器、組み合わせ圧力および真空調整器、サーボ制御バルブ、組み合わせサーボ制御バルブおよび真空調整器、可変面積バルブ（例えば、バタフライバルブ、ゲートバルブ、およびボールバルブ）、ならびに組み合わせサーボ制御バルブおよび圧力調整器、または他の調整器が含まれる。
【0051】
一実施態様では、ＥＣＭ１６は、１つまたは複数のエンジン状態パラメータを受信し、ラムダ（λ）設定点を決定して出力するラムダ設定点決定器１０２を含むことができる。ラムダ設定点は、例えば、エンジン動作を実質的に定常状態に維持するように選択される。ラムダは一般に空気燃料当量比を指す用語であり、１のラムダ値が化学量論的な空気／燃料混合物を指す。具体的には、ラムダは実際の空燃比を化学量論的空燃比で割ったものである。ラムダ設定点決定器１０２は、空気／燃料制御装置９８を制御するように動作可能な空気／燃料アクチュエータ制御信号を決定するために使用される。図１０は、ラムダ設定点が空気／燃料制御装置９８を制御するための唯一の入力である実施態様を示しているが、空気／燃料アクチュエータ制御信号を決定するために追加のまたは異なる入力が使用されてもよい。例えば、特定の実施態様は、空気／燃料アクチュエータ制御信号を決定するためにラムダ設定点と組み合わせて、燃料品質またはタイプまたはエンジン摩耗、損傷、または修正の変動を補償するために燃料パラメータを使用することができる。ラムダ設定点を決定する際に、例示的なＥＣＭ１６は、エンジン速度センサ９２からのエンジン速度、トルク指示特性センサ９０からのトルク指示特性（例えば、ＩＭＡＰまたはＩＭＤ）、および任意選択的に他の入力９６を使用する。場合によっては、任意選択の入力９６は、周囲温度、吸気温度（例えば、吸気マニホールド圧力）、および／または燃料パラメータを含むことができる。特定の実施態様によれば、トルク指示特性センサ９０は、エンジン１２の予想または推定トルク出力を決定するように動作可能である。さらに、トルク指示特性センサ９０は、以下で詳細に説明するように、動力出力とトルク出力との間の変換が既知の工学的関係を使用して可能であるため、エンジン１２のトルク出力または動力出力を感知または他の様態で決定するための任意のセンサ、器具、または装置を含むことができる。ＥＣＭ１６は、質量空気センサ、流量センサまたは他のセンサ（例えば、診断センサ９５）などの他のセンサを代替的にまたは上述のセンサと組み合わせて使用することができる。
【0052】
特定の実施態様では、ラムダ設定点決定器１０２は、定常状態エンジン動作などの指定されたエンジン動作状態を維持するように決定されたラムダ設定点に相関する特性を示すエンジン速度およびトルクを示す少なくとも値を含む、ＥＣＭ１６のメモリ内のルックアップテーブルを使用してラムダ設定点を決定することができる。あるいは、またはルックアップテーブルと組み合わせて、ラムダ設定点決定器１０２は、センサ１８のうちの１つまたは複数からの入力、例えば、エンジン速度およびトルク指示特性の関数として、式計算を使用してラムダ設定点を決定することができる。いずれの場合も、ラムダ設定点は、定常状態動作などの指定されたエンジン動作状態を維持するために、指定された燃焼混合物をエンジン１２に提供するために、それぞれのエンジン速度およびトルク指示特性値に関して選択される。したがって、異なるラムダ設定点は、異なるエンジン動作状態をもたらすことができる。
【0053】
ＥＣＭ１６はまた、決定されたラムダ設定点と実際のラムダを示す入力との間の誤差または差を決定するためのラムダ設定点誤差決定器１０４を含むことができる。例えば、エンジン１２が過渡状態にあるとき、例えば、エンジンの実際のラムダ状態がラムダ設定点に対応しないときはいつでも、エラーを判定することができる。特定の実施態様では、ラムダ設定点誤差決定器１０４は、ラムダ調整１０６、すなわちエンジン１２の動作を調整する量を表す信号を決定することができる。
【0054】
ラムダセンサ１０８は、例えば、排気ガス中に残っている酸素の量を測定することによって、任意の所与の時点におけるエンジン１２の実際のラムダ状態を測定し、対応する信号をラムダ設定点誤差決定器１０４に送信する。次に、ラムダ設定点誤差決定器１０４は、実際のラムダ状態を、ラムダ設定点決定器１０２から受信したラムダ設定点と比較する。次に、ラムダ設定点誤差決定器１０４は、指定されたエンジン性能を達成するために実際のラムダ状態が調整されるべき量（例えば、増加または減少）を決定し、ラムダ調整１０６を生成する。すなわち、実際のラムダ条件とラムダ設定点との間の比較に基づいて、比較が２つの値の間の偏差を示す場合に調整を決定することができる。次に、ラムダ設定点誤差決定器１０４は、ラムダ調整１０６（例えば、正または負の値）をアクチュエータ伝達関数１０９に出力する。アクチュエータ伝達関数１０９は、少なくともラムダ調整１０６を受け取り、空気／燃料制御装置９８を動作させるように適合された空気／燃料アクチュエータ制御信号を決定する。
【0055】
ＥＣＭ１６はまた、１つまたは複数のＥＧＲ回路のＥＧＲ流量を決定するためのＥＧＲ決定器１１０を含む。特定の実施形態では、ＥＣＭ１６は、少なくともＥＧＲ設定点信号を受信し、１つまたは複数のＥＧＲ制御装置１００を動作させるように適合されたＥＧＲアクチュエータ制御信号を決定するＥＧＲ伝達関数１１２を含む。ＥＧＲ伝達関数１１２は、例えば、スロットル位置、ラムダ設定点、燃料パラメータ、およびＥＧＲアクチュエータ制御信号に影響を与える任意の他の入力を相関させるルックアップテーブルを使用して、ＥＧＲ設定点の関数としての計算、および他の任意の入力によって、ルックアップテーブルと計算との組み合わせによって、または別の方法によって、ＥＧＲアクチュエータ制御信号を決定することができる。一実施態様によれば、ＥＧＲ設定点は、ルックアップテーブル、およびＥＧＲアクチュエータ制御信号を決定する際に事前信号をオフセットするための計算において燃料パラメータなどの異なるパラメータを使用して事前信号に変換することができる。エンジン１２に導入されるＥＧＲの量は、（例えば、センサ１８からのフィードバックに基づいて）トルク指示特性、エンジン速度、エンジンの出力、エンジンの出力の入力ベースの決定、空気／流れアクチュエータ制御信号、および空気／燃料混合温度などの、エンジンの動作条件に依存し得る。ＥＧＲ流量も上述のように決定することができる。
【0056】
開示された実施形態の技術的効果は、複数のＥＧＲ回路を有するＥＧＲシステムを含むエンジン駆動発電システムを提供することを含む。これらの複数のＥＧＲ回路は、ＥＧＲシステムの管理においてさらなる自由度を提供する。特に、各々がＥＧＲ冷却器ユニットを有する複数のＥＧＲ回路は、ＥＧＲ熱除去のオンライン操作、他方のＥＧＲ回路がディセーブルされている場合にエンジンが停止されている間の一方のＥＧＲ回路の利用、ＥＧＲ分配管理、熱質量を低減するための逐次的ウォームアップ、および他の機能を可能にする。
【0057】
本明細書は、本主題を最良の態様を含めて開示すると共に、あらゆる装置またはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本主題の実施を当業者にとって可能にするために、いくつかの例を使用している。本主題の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義されており、当業者が想到する他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差異を有さない等価な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。
【0058】
本明細書に提示され特許請求された技法は、参照され、本技術分野を明らかに改善する、実際的な性質の有形物および具体例に適用され、したがって、抽象的、無形的、または純粋に理論的なものではない。さらに、本明細書の終わりに添付された任意の請求項が「［機能］を［実行］するための手段」または「［機能］を［実行］するためのステップ」として指定された１つまたは複数の要素を含む場合、そのような要素は米国特許法第１１２条（ｆ）の下で解釈されるべきことを意図している。しかしながら、他のやり方で指定された要素を含む請求項に関して、そのような要素は、米国特許法第１１２条（ｆ）の下で解釈されるようには意図されていない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【国際調査報告】