エンジンシステム
【課題】エンジンの制御装置において、使用する燃料としての重油の性状をオンラインで検出して不具合の発生を未然に防止する。
【解決手段】第１燃料タンク２３Ａに貯留された燃料としての重油を燃料供給管２５から燃焼室１５に供給可能な燃料供給系２４を構成し、燃料供給管２５を流れる燃料の一部を分取してその燃料中の粗悪成分を検出するレーザ分析装置３０を設け、レーザ分析装置での分析の結果、燃料粗悪成分が所定の閾値を超えているか否かを確認し、燃料の良否を判定する燃料判定手段５１とを具備し、燃料判定手段の判定結果に基づいて前記エンジンを制御装置５２により制御する。
【解決手段】第１燃料タンク２３Ａに貯留された燃料としての重油を燃料供給管２５から燃焼室１５に供給可能な燃料供給系２４を構成し、燃料供給管２５を流れる燃料の一部を分取してその燃料中の粗悪成分を検出するレーザ分析装置３０を設け、レーザ分析装置での分析の結果、燃料粗悪成分が所定の閾値を超えているか否かを確認し、燃料の良否を判定する燃料判定手段５１とを具備し、燃料判定手段の判定結果に基づいて前記エンジンを制御装置５２により制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、重油を燃料として使用するディーゼルエンジンにおいて、この燃料の性状を判定することができるエンジンシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、船舶に適用されるディーゼルエンジンは、主に燃料として重油が使用される。このディーゼルエンジンに使用される重油は、石油の精製過程で、軽油などの良質な油が精製されたあとに残るものであり、粘性が高いものとなっている。近年、この石油精製工程の進歩により石油残渣に近いＣ重油が取り出され、燃料として使用されるようになってきている。ところが、このＣ重油は、重油の中でも特に粘性が高いものであり、ディーゼルエンジンの燃料として使用する場合には、燃焼性がばらついてしまい、事前に燃料性状を把握する必要がある。
【０００３】
エンジンに使用する燃料の性状を測定するものとしては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載されたディーゼル機関燃料油の比重測定装置は、温度センサの温度偏差に応じて燃料油の比重を測定することで、清浄機の比重板の設定を容易に行うようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−２１１８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、ディーゼルエンジンは、燃料として使用する重油の品質がばらつき、この重油の粗悪化が進んだ場合、エンジンの着火遅れなどの問題が発生するおそれがある。エンジンの着火遅れが発生すると、ピストンが下降したときに燃焼室で燃焼が開始され、火炎に対するシリンダライナの露出面積が大きくなり、このシリンダライナは広い範囲で熱負荷を受けることとなる。その結果、エンジンは、潤滑油の蒸発による潤滑油不足が生じ、局所的な劣化やコーキングなどが発生するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、使用する燃料としての重油の性状をオンラインで検出して、その粗悪成分の総量をオンラインで迅速に把握することで、不具合の発生を未然に防止するエンジンシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、第１の燃料タンクからエンジンに燃料供給管を介して供給される燃料油の一部を分取し、燃料油中の粗悪成分を間接的又は直接的に分析するレーザ分析装置と、レーザ分析装置での分析の結果、燃料粗悪成分が所定の閾値を超えているか否かを確認し、燃料の良否を判定する燃料判定手段とを具備し、燃料判定手段の判定結果に基づいて前記エンジンを制御する、
ことを特徴とするエンジンシステムにある。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、燃料油を間接的に分析するレーザ分析装置は、燃料を加熱炉で灰化させ、その灰化物をレーザ分析装置本体内に導入する灰化物導入部と、分析装置本体内に基本レーザ光を発振するレーザ照射装置と、発振されたレーザ光を導入し、灰化物に照射してプラズマ発光させる測定領域と、発生したプラズマ発光を計測するレーザ受光手段とを具備することを特徴とするエンジンシステムにある。
【０００９】
第３の発明は、第１の発明において、燃料油を間接的に分析するレーザ分析装置は、燃料をレーザで灰化させる測定部と、測定部内にレーザ光を発振するレーザ照射装置と、発振されたレーザ光を導入し、灰化物に照射してプラズマ発光させる測定領域と、発生したプラズマ発光を計測するレーザ受光手段とを具備することを特徴とするエンジンシステムにある。
【００１０】
第４の発明は、第１の発明において、燃料油を直接的に分析するレーザ分析装置は、燃料を液滴又は霧状に分析装置本体内に導入する液滴導入部と、分析装置本体内に基本レーザ光を発振するレーザ照射装置と、発振されたレーザ光を導入し、液滴又は霧状燃料に照射してプラズマ発光させる測定領域と、発生したプラズマ発光を計測するレーザ受光手段とを具備することを特徴とするエンジンシステムにある。
【００１１】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、燃焼性の良好な重油を貯留可能な第２燃料タンクと、前記燃料判定手段により、燃料使用継続不可であると判定した際、前記第２燃料タンクの燃料を前記燃料供給管に供給することを特徴とするエンジンシステムにある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のエンジンシステムによれば、駆動するエンジンに使用されている燃料中の粗悪成分の含有量（総量）を計測し、この計測の結果に基づいてエンジンを制御するので、使用する燃料による不具合の発生を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係るエンジンシステムの概略構成図である。
【図２】図２は、実施例１に係るレーザ分析装置の概略図である。
【図３】図３は、実施例２に係るレーザ分析装置の概略図である。本発明の実施例２に係るエンジンの制御装置の概略構成図である。
【図４】図４は、粗悪成分の計測結果を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るエンジンの制御装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本実施例に係るエンジンシステムの概略図である。
実施例１のディーゼルエンジンは、例えば船舶に搭載されて航行用として使用されるものであり、燃料として重油を使用している。このディーゼルエンジンにおいて、図１に示すように、エンジン本体１１は、複数のシリンダボア１２が形成され、各シリンダボア１２の内面にはシリンダライナ１３が装着されており、ピストン１４がそれぞれ上下移動自在に支持されている。燃焼室１５は、エンジン本体１１（シリンダライナ１３）とピストン１４の頂面とにより区画されて形成されている。この燃焼室１５は、上部に吸気ポート１６及び排気ポート１７が連通し、吸気弁１８及び排気弁１９の下端部が位置している。この吸気弁１８及び排気弁１９は、吸気ポート１６及び排気ポート１７を閉止する方向に付勢支持されており、図示しない吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの吸気カム及び排気カムがこの吸気弁１８及び排気弁１９に作用することで、吸気ポート１６及び排気ポート１７を開閉することができる。また、エンジン本体１１は、燃焼室１５の上部に、この燃焼室１５に高圧燃料を噴射可能な高圧インジェクタ２０が装着されている。なお、図１中、符号Ｖ1、Ｖ2はバルブを図示する。
【００１６】
そして、エンジン本体１１は、吸気ポート１６にインテークマニホールドを介して吸気管（吸気通路）２１が連結される一方、排気ポート１７にエキゾーストマニホールドを介して排気管（排気通路）２２が連結されており、この排気管２２には排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する触媒装置（図示略）が装着されている。
【００１７】
また、第１燃料タンク２３Ａは、燃料としての重油を貯留可能であり、外部から重油を補充可能となっており、この第１燃料タンク２３の燃料をエンジン本体１１の燃焼室１５に供給可能な第１燃料供給系２４Ａが設けられている。即ち、第１燃料タンク２３と高圧インジェクタ２０とが燃料供給管２５により連結され、この燃料供給管２５に燃料ポンプ２６Ａが装着されている。従って、燃料ポンプ２６Ａを駆動することで、第１燃料タンク２３内の燃料が加圧された後、燃料供給管２５を通して高圧インジェクタ２０まで輸送することができ、この高圧インジェクタ２０を駆動することで、高圧燃料を所定のタイミングで燃焼室１５に噴射することができる。
【００１８】
船舶には、ディーゼルエンジンを総合的に制御する制御装置５２が設けられている。即ち、制御装置５２は、図示しない各種センサが検出したエンジン回転数やアクセル開度などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量や燃料噴射時期などの最適値を演算し、高圧インジェクタ２０を制御可能となっている。
【００１９】
このように構成された本実施例のディーゼルエンジンにて、燃料として使用する重油の品質がばらついて粗悪化が進んだ場合、エンジンの着火遅れなどの問題が発生するおそれがある。そこで、実施例１のエンジンシステムでは、第１燃料タンク２３に貯留された燃料としての重油を燃料供給管２５から燃焼室１５に供給可能な燃料供給系２４を構成し、燃料供給管２５を流れる燃料Ｆの一部を分取してその燃料中の粗悪成分を検出するレーザ分析装置３０を設け、レーザ分析装置３０での分析の結果、燃料粗悪成分が所定の閾値（段階的な閾値）を超えているか否かを確認し、燃料の良否を判定する燃料判定手段５１とを具備し、燃料判定手段の判定結果に基づいて前記エンジンを制御装置５２により制御するようにしている。
【００２０】
図２は、本発明の実施例１にかかるレーザ分析装置の概略図である。
図２に示すように、レーザ分析装置３０Ａは、燃料を間接的にレーザ分析する手段を用いて、燃料中の粗悪物質の分析をしている。
図２に示すように、レーザ分析装置３０Ａは、燃料Ｆを加熱炉３１で灰化させ、その灰化物３２をレーザ分析装置本体内に導入する灰化物導入部と、灰化物３２に対して照射されるレーザ光３６により発生するプラズマ発光から燃料中の粗悪成分を計測するものである。
燃料Ｆは加熱炉３１に導入され、ここで例えば５００〜８００℃程度の温度で灰化処理される。そして灰化物３２は導入管Ｌ11により測定チャンバ３３内の計測ボート３４に導入され、ここで、燃料の灰化物３２にレーザ光３６をレーザ照射装置３５により照射する。本実施例では７７０℃で灰化処理した。
レーザ光３６の照射により発生するプラズマ発光３７は、分光器３８及び光検出器３９からなるレーザ受光手段４０により受光される。
【００２１】
ここで、レーザ照射装置３５からのレーザ光３６は、反射ミラーＭ1を介して測定チャンバ３３側へ反射させて、灰化物３２へ照射している。
【００２２】
また、灰化物３２で発生したプラズマ発光３７は、反射ミラーＭ2を介して分光器３８に反射され、分光器３８で分光さる。そして、該分光器３８に接続された例えばＩＣＣＤカメラ等の光検出器３９により計測する。前記光検出器３９からの計測データは、データ処理手段（ＣＰＵ）を備えた燃料判定手段５１に送られ、ここで計測データの処理及び判定がなされ、制御装置５２にその結果を送る。
【００２３】
図４は、粗悪成分の計測結果を表すグラフである。図４では、計測時間の経過と燃料中の粗悪成分のＶ成分（Ｖ2Ｏ5）とＳ成分の濃度増加（積算）の関係を示している。
燃料中の粗悪成分は、Ｖ成分、Ｓ成分のほかに、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、Ｆｅ成分等があるが、例えば付着物質のパラメータとしてＶ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｆｅのいずれかを測定し、腐食要因物質としてＳ成分を測定することが例示できる。
実施例１の燃料を灰化する場合では、燃料の灰化残渣に対してレーザ光を照射するので、燃料の性状を確実に反映することができ、分析精度が向上する。
【００２４】
図４に示すように、時間の経過と共に、粗悪成分の濃度が高くなり、閾値を超える場合には、運転制御を行うようにしている。
なお、閾値は複数設定するようにしている。
【００２５】
そして、分析の結果、燃料中の粗悪成分の含有量（総量）が閾値を超えていると判断した際には、このまま運転が可能な場合には、運転を継続する指令を制御装置により行う。
また、閾値のレベルが高いと判断した場合には、燃料を切り替える指令を制御装置より行う。
また、複数の閾値を設け、運転制御を行う必要がない場合でも、将来の増加の動向が予測される場合には、警報等のアラームを発生する手段を設けるようにしてもよい。
【００２６】
このため、本実施例では、図１に示すように、第２燃料タンク２３Ｂが設けられている。
この第２燃料タンク２３Ｂは、燃料としての良質な重油を貯留可能であり、外部から良質な重油を補充可能となっており、この第２燃料タンク２３Ｂの燃料を第１燃料供給系２４Ａの燃料供給管２５に供給可能な第２燃料供給系２４Ｂが設けられている。即ち、第２燃料タンク２３Ｂと燃料供給管２５とが燃料供給管２７により連結され、この燃料供給管２７に燃料ポンプ２６Ｂ及び開閉弁Ｖ2が装着されている。この場合、第２燃料タンク２３Ｂは、燃料性状が良好で燃焼性の良い良質な重油が貯留されている。
【００２７】
従って、燃料ポンプ２６Ｂを駆動すると共に開閉弁Ｖ2を開放することで、第２燃料タンク２３Ｂ内の良質な燃料が加圧された後、燃料供給管２７を通して燃料供給管２５に供給することができる。
【００２８】
このように構成された実施例１のエンジンシステムでは、燃料供給管２５を流れる燃料Ｆの一部を分取し、この燃料を灰化処理して粗悪成分を間接的に検出するレーザ分析装置３０Ａを設け、この検出結果に基づいてディーゼルエンジンを制御するようにしている。
具体的に、レーザ分析装置３０Ａは、重油を加熱炉３１で灰化処理し、その灰化物３２をレーザ分析して、その粗悪物質の量を検出し、その含有量（総量）に基づいて燃料の良否を判定する。そして、重油の燃焼性が悪いと判定したときには、第２燃料タンク２３Ｂに貯留されている良質の重油を燃料供給管２５に供給するようにしている。
【００２９】
ここで、制御装置５２は、現在使用している重油の性状（品質）が良くなく、燃焼性が悪い重油であると判定すると、第２燃料タンク２３Ｂ内にある良質な燃料を燃料供給管２５に供給し、高圧インジェクタ２０が良質な重油が混合した重油を燃焼室１５に噴射する。すると、エンジン本体１１の燃焼室１５にて、ピストン１４の上死点で混合気が適正な圧力となって着火することとなり、着火遅れが抑制される。そのため、着火遅れによりシリンダライナ１３が広い範囲で熱負荷を受けることが抑制され、潤滑油の蒸発による潤滑油不足、局所的な劣化やコーキングなどの発生が防止される。
【００３０】
なお、第２燃料タンク２３Ｂにある良質な燃料を燃料供給管２５に供給するときの供給量は、現在使用している重油の燃焼性、第１燃料タンク２３Ａ内の良質でない燃料量、第２燃料タンク２３Ｂ内の良質な燃料量、新しい重油を充填することができるまでの時間などに基づいて設定される。この場合、各燃料タンク２３Ａ，２３Ｂにある燃料の割合を設定して開閉弁Ｖ2の開度を設定するが、第２燃料タンク２３Ｂにある良質な燃料だけを用いてエンジンを駆動してもよい。
【００３１】
従って、制御装置５２は、駆動するエンジンに使用されている重油の燃焼性を検出し、この重油の燃焼性が悪いと判定されたら、第２燃料タンク２３Ｂの良質な重油を燃料供給管２５に供給することで、燃焼性が悪い重油に燃焼性の良好な重油が混合されることとなり、燃焼性の低下を抑制して潤滑油膜への熱負荷増大を効果的に抑制することができる。
【００３２】
このように、本実施例によれば、燃料中の粗悪物質をオンラインで分析できるので、その濃度変動を監視することができると共に、精度良く粗悪物質の含有量（総量）を監視することができる。
【００３３】
また、実施例１において、加熱炉３１を設けず、測定チャンバ３３内の計測ボート３４に直接燃料Ｆを所定量導入し、ここに直接レーザ光３６をレーザ照射装置３５により照射し、レーザ着火による灰化を行い、この灰化物３２にレーザ光３６を照射して、発生したプラズマ発光３７は計測するようにしてもよい。
これにより加熱炉３１を設置することなく、灰化及びレーザ計測できるので、システムの簡素化に寄与することとなる。
【実施例２】
【００３４】
次に、実施例２のエンジンシステムについて説明する。
図３は、本発明の実施例２にかかるガス中のガス成分計測装置の概略図である。
図３に示すように、レーザ分析装置３０Ｂは、燃料を直接的にレーザ分析する手段を用いて、燃料中の粗悪物質の分析をしている。
図３に示すように、レーザ分析装置３０Ｂは、燃料Ｆを液滴発生手段４１で液滴化させ、この液滴燃料４２を測定チャンバ３３内に導入し、この導入された液滴燃料４２に対して照射されるレーザ光３６により発生するプラズマ発光から燃料中の粗悪成分を計測するものである。
【００３５】
また、液滴燃料４２で発生したプラズマ発光３７は、分光器３８で分光され、該分光器３８に接続された例えばＩＣＣＤカメラ等の光検出器３９により計測する。
前記光検出器３９からの計測データは、データ処理手段（ＣＰＵ）を備えた燃料判定手段５１に送られ、ここで計測データの処理及び判定がなされ、制御装置５２にその結果を送る。
【００３６】
計測結果により実施例１と同様にして、制御装置５２でエンジンシステムの制御を行うことにより、燃焼性が悪い重油であると判断した場合には、燃焼性の良好な第２の燃料タンク２３Ｂから新規重油が混合されることとなり、燃焼性の低下を抑制して潤滑油膜への熱負荷増大を効果的に抑制することができる。
【００３７】
本実施例では燃料Ｆを液滴化しているが、燃料Ｆを霧化する霧化手段を設け、霧化した燃料をレーザ分析するようにしてもよい。
【００３８】
なお、上述した各実施例にて、本発明に係るエンジンの制御装置を船舶に搭載されて航行用としてのディーゼルエンジンに適用して説明したが、陸用ボイラなどに使用されているディーゼルエンジンに適用してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１１ エンジン本体
１５ 燃焼室
２０ 高圧インジェクタ
２３Ａ 第１燃料タンク
２３Ｂ 第２燃料タンク
２４Ａ 第１燃料供給系
２４Ｂ 第２燃料供給系
２５ 燃料供給管
５２ 制御装置
３０、３０Ａ、３０Ｂ レーザ分析装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、重油を燃料として使用するディーゼルエンジンにおいて、この燃料の性状を判定することができるエンジンシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、船舶に適用されるディーゼルエンジンは、主に燃料として重油が使用される。このディーゼルエンジンに使用される重油は、石油の精製過程で、軽油などの良質な油が精製されたあとに残るものであり、粘性が高いものとなっている。近年、この石油精製工程の進歩により石油残渣に近いＣ重油が取り出され、燃料として使用されるようになってきている。ところが、このＣ重油は、重油の中でも特に粘性が高いものであり、ディーゼルエンジンの燃料として使用する場合には、燃焼性がばらついてしまい、事前に燃料性状を把握する必要がある。
【０００３】
エンジンに使用する燃料の性状を測定するものとしては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載されたディーゼル機関燃料油の比重測定装置は、温度センサの温度偏差に応じて燃料油の比重を測定することで、清浄機の比重板の設定を容易に行うようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−２１１８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、ディーゼルエンジンは、燃料として使用する重油の品質がばらつき、この重油の粗悪化が進んだ場合、エンジンの着火遅れなどの問題が発生するおそれがある。エンジンの着火遅れが発生すると、ピストンが下降したときに燃焼室で燃焼が開始され、火炎に対するシリンダライナの露出面積が大きくなり、このシリンダライナは広い範囲で熱負荷を受けることとなる。その結果、エンジンは、潤滑油の蒸発による潤滑油不足が生じ、局所的な劣化やコーキングなどが発生するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、使用する燃料としての重油の性状をオンラインで検出して、その粗悪成分の総量をオンラインで迅速に把握することで、不具合の発生を未然に防止するエンジンシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、第１の燃料タンクからエンジンに燃料供給管を介して供給される燃料油の一部を分取し、燃料油中の粗悪成分を間接的又は直接的に分析するレーザ分析装置と、レーザ分析装置での分析の結果、燃料粗悪成分が所定の閾値を超えているか否かを確認し、燃料の良否を判定する燃料判定手段とを具備し、燃料判定手段の判定結果に基づいて前記エンジンを制御する、
ことを特徴とするエンジンシステムにある。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、燃料油を間接的に分析するレーザ分析装置は、燃料を加熱炉で灰化させ、その灰化物をレーザ分析装置本体内に導入する灰化物導入部と、分析装置本体内に基本レーザ光を発振するレーザ照射装置と、発振されたレーザ光を導入し、灰化物に照射してプラズマ発光させる測定領域と、発生したプラズマ発光を計測するレーザ受光手段とを具備することを特徴とするエンジンシステムにある。
【０００９】
第３の発明は、第１の発明において、燃料油を間接的に分析するレーザ分析装置は、燃料をレーザで灰化させる測定部と、測定部内にレーザ光を発振するレーザ照射装置と、発振されたレーザ光を導入し、灰化物に照射してプラズマ発光させる測定領域と、発生したプラズマ発光を計測するレーザ受光手段とを具備することを特徴とするエンジンシステムにある。
【００１０】
第４の発明は、第１の発明において、燃料油を直接的に分析するレーザ分析装置は、燃料を液滴又は霧状に分析装置本体内に導入する液滴導入部と、分析装置本体内に基本レーザ光を発振するレーザ照射装置と、発振されたレーザ光を導入し、液滴又は霧状燃料に照射してプラズマ発光させる測定領域と、発生したプラズマ発光を計測するレーザ受光手段とを具備することを特徴とするエンジンシステムにある。
【００１１】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、燃焼性の良好な重油を貯留可能な第２燃料タンクと、前記燃料判定手段により、燃料使用継続不可であると判定した際、前記第２燃料タンクの燃料を前記燃料供給管に供給することを特徴とするエンジンシステムにある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のエンジンシステムによれば、駆動するエンジンに使用されている燃料中の粗悪成分の含有量（総量）を計測し、この計測の結果に基づいてエンジンを制御するので、使用する燃料による不具合の発生を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係るエンジンシステムの概略構成図である。
【図２】図２は、実施例１に係るレーザ分析装置の概略図である。
【図３】図３は、実施例２に係るレーザ分析装置の概略図である。本発明の実施例２に係るエンジンの制御装置の概略構成図である。
【図４】図４は、粗悪成分の計測結果を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るエンジンの制御装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本実施例に係るエンジンシステムの概略図である。
実施例１のディーゼルエンジンは、例えば船舶に搭載されて航行用として使用されるものであり、燃料として重油を使用している。このディーゼルエンジンにおいて、図１に示すように、エンジン本体１１は、複数のシリンダボア１２が形成され、各シリンダボア１２の内面にはシリンダライナ１３が装着されており、ピストン１４がそれぞれ上下移動自在に支持されている。燃焼室１５は、エンジン本体１１（シリンダライナ１３）とピストン１４の頂面とにより区画されて形成されている。この燃焼室１５は、上部に吸気ポート１６及び排気ポート１７が連通し、吸気弁１８及び排気弁１９の下端部が位置している。この吸気弁１８及び排気弁１９は、吸気ポート１６及び排気ポート１７を閉止する方向に付勢支持されており、図示しない吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの吸気カム及び排気カムがこの吸気弁１８及び排気弁１９に作用することで、吸気ポート１６及び排気ポート１７を開閉することができる。また、エンジン本体１１は、燃焼室１５の上部に、この燃焼室１５に高圧燃料を噴射可能な高圧インジェクタ２０が装着されている。なお、図１中、符号Ｖ1、Ｖ2はバルブを図示する。
【００１６】
そして、エンジン本体１１は、吸気ポート１６にインテークマニホールドを介して吸気管（吸気通路）２１が連結される一方、排気ポート１７にエキゾーストマニホールドを介して排気管（排気通路）２２が連結されており、この排気管２２には排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する触媒装置（図示略）が装着されている。
【００１７】
また、第１燃料タンク２３Ａは、燃料としての重油を貯留可能であり、外部から重油を補充可能となっており、この第１燃料タンク２３の燃料をエンジン本体１１の燃焼室１５に供給可能な第１燃料供給系２４Ａが設けられている。即ち、第１燃料タンク２３と高圧インジェクタ２０とが燃料供給管２５により連結され、この燃料供給管２５に燃料ポンプ２６Ａが装着されている。従って、燃料ポンプ２６Ａを駆動することで、第１燃料タンク２３内の燃料が加圧された後、燃料供給管２５を通して高圧インジェクタ２０まで輸送することができ、この高圧インジェクタ２０を駆動することで、高圧燃料を所定のタイミングで燃焼室１５に噴射することができる。
【００１８】
船舶には、ディーゼルエンジンを総合的に制御する制御装置５２が設けられている。即ち、制御装置５２は、図示しない各種センサが検出したエンジン回転数やアクセル開度などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量や燃料噴射時期などの最適値を演算し、高圧インジェクタ２０を制御可能となっている。
【００１９】
このように構成された本実施例のディーゼルエンジンにて、燃料として使用する重油の品質がばらついて粗悪化が進んだ場合、エンジンの着火遅れなどの問題が発生するおそれがある。そこで、実施例１のエンジンシステムでは、第１燃料タンク２３に貯留された燃料としての重油を燃料供給管２５から燃焼室１５に供給可能な燃料供給系２４を構成し、燃料供給管２５を流れる燃料Ｆの一部を分取してその燃料中の粗悪成分を検出するレーザ分析装置３０を設け、レーザ分析装置３０での分析の結果、燃料粗悪成分が所定の閾値（段階的な閾値）を超えているか否かを確認し、燃料の良否を判定する燃料判定手段５１とを具備し、燃料判定手段の判定結果に基づいて前記エンジンを制御装置５２により制御するようにしている。
【００２０】
図２は、本発明の実施例１にかかるレーザ分析装置の概略図である。
図２に示すように、レーザ分析装置３０Ａは、燃料を間接的にレーザ分析する手段を用いて、燃料中の粗悪物質の分析をしている。
図２に示すように、レーザ分析装置３０Ａは、燃料Ｆを加熱炉３１で灰化させ、その灰化物３２をレーザ分析装置本体内に導入する灰化物導入部と、灰化物３２に対して照射されるレーザ光３６により発生するプラズマ発光から燃料中の粗悪成分を計測するものである。
燃料Ｆは加熱炉３１に導入され、ここで例えば５００〜８００℃程度の温度で灰化処理される。そして灰化物３２は導入管Ｌ11により測定チャンバ３３内の計測ボート３４に導入され、ここで、燃料の灰化物３２にレーザ光３６をレーザ照射装置３５により照射する。本実施例では７７０℃で灰化処理した。
レーザ光３６の照射により発生するプラズマ発光３７は、分光器３８及び光検出器３９からなるレーザ受光手段４０により受光される。
【００２１】
ここで、レーザ照射装置３５からのレーザ光３６は、反射ミラーＭ1を介して測定チャンバ３３側へ反射させて、灰化物３２へ照射している。
【００２２】
また、灰化物３２で発生したプラズマ発光３７は、反射ミラーＭ2を介して分光器３８に反射され、分光器３８で分光さる。そして、該分光器３８に接続された例えばＩＣＣＤカメラ等の光検出器３９により計測する。前記光検出器３９からの計測データは、データ処理手段（ＣＰＵ）を備えた燃料判定手段５１に送られ、ここで計測データの処理及び判定がなされ、制御装置５２にその結果を送る。
【００２３】
図４は、粗悪成分の計測結果を表すグラフである。図４では、計測時間の経過と燃料中の粗悪成分のＶ成分（Ｖ2Ｏ5）とＳ成分の濃度増加（積算）の関係を示している。
燃料中の粗悪成分は、Ｖ成分、Ｓ成分のほかに、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、Ｆｅ成分等があるが、例えば付着物質のパラメータとしてＶ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｆｅのいずれかを測定し、腐食要因物質としてＳ成分を測定することが例示できる。
実施例１の燃料を灰化する場合では、燃料の灰化残渣に対してレーザ光を照射するので、燃料の性状を確実に反映することができ、分析精度が向上する。
【００２４】
図４に示すように、時間の経過と共に、粗悪成分の濃度が高くなり、閾値を超える場合には、運転制御を行うようにしている。
なお、閾値は複数設定するようにしている。
【００２５】
そして、分析の結果、燃料中の粗悪成分の含有量（総量）が閾値を超えていると判断した際には、このまま運転が可能な場合には、運転を継続する指令を制御装置により行う。
また、閾値のレベルが高いと判断した場合には、燃料を切り替える指令を制御装置より行う。
また、複数の閾値を設け、運転制御を行う必要がない場合でも、将来の増加の動向が予測される場合には、警報等のアラームを発生する手段を設けるようにしてもよい。
【００２６】
このため、本実施例では、図１に示すように、第２燃料タンク２３Ｂが設けられている。
この第２燃料タンク２３Ｂは、燃料としての良質な重油を貯留可能であり、外部から良質な重油を補充可能となっており、この第２燃料タンク２３Ｂの燃料を第１燃料供給系２４Ａの燃料供給管２５に供給可能な第２燃料供給系２４Ｂが設けられている。即ち、第２燃料タンク２３Ｂと燃料供給管２５とが燃料供給管２７により連結され、この燃料供給管２７に燃料ポンプ２６Ｂ及び開閉弁Ｖ2が装着されている。この場合、第２燃料タンク２３Ｂは、燃料性状が良好で燃焼性の良い良質な重油が貯留されている。
【００２７】
従って、燃料ポンプ２６Ｂを駆動すると共に開閉弁Ｖ2を開放することで、第２燃料タンク２３Ｂ内の良質な燃料が加圧された後、燃料供給管２７を通して燃料供給管２５に供給することができる。
【００２８】
このように構成された実施例１のエンジンシステムでは、燃料供給管２５を流れる燃料Ｆの一部を分取し、この燃料を灰化処理して粗悪成分を間接的に検出するレーザ分析装置３０Ａを設け、この検出結果に基づいてディーゼルエンジンを制御するようにしている。
具体的に、レーザ分析装置３０Ａは、重油を加熱炉３１で灰化処理し、その灰化物３２をレーザ分析して、その粗悪物質の量を検出し、その含有量（総量）に基づいて燃料の良否を判定する。そして、重油の燃焼性が悪いと判定したときには、第２燃料タンク２３Ｂに貯留されている良質の重油を燃料供給管２５に供給するようにしている。
【００２９】
ここで、制御装置５２は、現在使用している重油の性状（品質）が良くなく、燃焼性が悪い重油であると判定すると、第２燃料タンク２３Ｂ内にある良質な燃料を燃料供給管２５に供給し、高圧インジェクタ２０が良質な重油が混合した重油を燃焼室１５に噴射する。すると、エンジン本体１１の燃焼室１５にて、ピストン１４の上死点で混合気が適正な圧力となって着火することとなり、着火遅れが抑制される。そのため、着火遅れによりシリンダライナ１３が広い範囲で熱負荷を受けることが抑制され、潤滑油の蒸発による潤滑油不足、局所的な劣化やコーキングなどの発生が防止される。
【００３０】
なお、第２燃料タンク２３Ｂにある良質な燃料を燃料供給管２５に供給するときの供給量は、現在使用している重油の燃焼性、第１燃料タンク２３Ａ内の良質でない燃料量、第２燃料タンク２３Ｂ内の良質な燃料量、新しい重油を充填することができるまでの時間などに基づいて設定される。この場合、各燃料タンク２３Ａ，２３Ｂにある燃料の割合を設定して開閉弁Ｖ2の開度を設定するが、第２燃料タンク２３Ｂにある良質な燃料だけを用いてエンジンを駆動してもよい。
【００３１】
従って、制御装置５２は、駆動するエンジンに使用されている重油の燃焼性を検出し、この重油の燃焼性が悪いと判定されたら、第２燃料タンク２３Ｂの良質な重油を燃料供給管２５に供給することで、燃焼性が悪い重油に燃焼性の良好な重油が混合されることとなり、燃焼性の低下を抑制して潤滑油膜への熱負荷増大を効果的に抑制することができる。
【００３２】
このように、本実施例によれば、燃料中の粗悪物質をオンラインで分析できるので、その濃度変動を監視することができると共に、精度良く粗悪物質の含有量（総量）を監視することができる。
【００３３】
また、実施例１において、加熱炉３１を設けず、測定チャンバ３３内の計測ボート３４に直接燃料Ｆを所定量導入し、ここに直接レーザ光３６をレーザ照射装置３５により照射し、レーザ着火による灰化を行い、この灰化物３２にレーザ光３６を照射して、発生したプラズマ発光３７は計測するようにしてもよい。
これにより加熱炉３１を設置することなく、灰化及びレーザ計測できるので、システムの簡素化に寄与することとなる。
【実施例２】
【００３４】
次に、実施例２のエンジンシステムについて説明する。
図３は、本発明の実施例２にかかるガス中のガス成分計測装置の概略図である。
図３に示すように、レーザ分析装置３０Ｂは、燃料を直接的にレーザ分析する手段を用いて、燃料中の粗悪物質の分析をしている。
図３に示すように、レーザ分析装置３０Ｂは、燃料Ｆを液滴発生手段４１で液滴化させ、この液滴燃料４２を測定チャンバ３３内に導入し、この導入された液滴燃料４２に対して照射されるレーザ光３６により発生するプラズマ発光から燃料中の粗悪成分を計測するものである。
【００３５】
また、液滴燃料４２で発生したプラズマ発光３７は、分光器３８で分光され、該分光器３８に接続された例えばＩＣＣＤカメラ等の光検出器３９により計測する。
前記光検出器３９からの計測データは、データ処理手段（ＣＰＵ）を備えた燃料判定手段５１に送られ、ここで計測データの処理及び判定がなされ、制御装置５２にその結果を送る。
【００３６】
計測結果により実施例１と同様にして、制御装置５２でエンジンシステムの制御を行うことにより、燃焼性が悪い重油であると判断した場合には、燃焼性の良好な第２の燃料タンク２３Ｂから新規重油が混合されることとなり、燃焼性の低下を抑制して潤滑油膜への熱負荷増大を効果的に抑制することができる。
【００３７】
本実施例では燃料Ｆを液滴化しているが、燃料Ｆを霧化する霧化手段を設け、霧化した燃料をレーザ分析するようにしてもよい。
【００３８】
なお、上述した各実施例にて、本発明に係るエンジンの制御装置を船舶に搭載されて航行用としてのディーゼルエンジンに適用して説明したが、陸用ボイラなどに使用されているディーゼルエンジンに適用してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１１ エンジン本体
１５ 燃焼室
２０ 高圧インジェクタ
２３Ａ 第１燃料タンク
２３Ｂ 第２燃料タンク
２４Ａ 第１燃料供給系
２４Ｂ 第２燃料供給系
２５ 燃料供給管
５２ 制御装置
３０、３０Ａ、３０Ｂ レーザ分析装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の燃料タンクからエンジンに燃料供給管を介して供給される燃料油の一部を分取し、燃料油中の粗悪成分を間接的又は直接的に分析するレーザ分析装置と、
レーザ分析装置での分析の結果、燃料粗悪成分が所定の閾値を超えているか否かを確認し、燃料の良否を判定する燃料判定手段とを具備し、
燃料判定手段の判定結果に基づいて前記エンジンを制御する、
ことを特徴とするエンジンシステム。
【請求項２】
請求項１において、
燃料油を間接的に分析するレーザ分析装置は、燃料を加熱炉で灰化させ、その灰化物をレーザ分析装置本体内に導入する灰化物導入部と、
分析装置本体内にレーザ光を発振するレーザ照射装置と、
発振されたレーザ光を導入し、灰化物に照射してプラズマ発光させる測定領域と、
発生したプラズマ発光を計測するレーザ受光手段とを具備することを特徴とするエンジンシステム。
【請求項３】
請求項１において、
燃料油を間接的に分析するレーザ分析装置は、燃料をレーザで灰化させる測定部と、
測定部内にレーザ光を発振するレーザ照射装置と、
発振されたレーザ光を導入し、灰化物に照射してプラズマ発光させる測定領域と、
発生したプラズマ発光を計測するレーザ受光手段とを具備することを特徴とするエンジンシステム。
【請求項４】
請求項１において、
燃料油を直接的に分析するレーザ分析装置は、燃料を液滴又は霧状に分析装置本体内に導入する液滴導入部と、
分析装置本体内に基本レーザ光を発振するレーザ照射装置と、
発振されたレーザ光を導入し、液滴又は霧状燃料に照射してプラズマ発光させる測定領域と、
発生したプラズマ発光を計測するレーザ受光手段とを具備することを特徴とするエンジンシステム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
燃焼性の良好な重油を貯留可能な第２燃料タンクと、
前記燃料判定手段により、燃料使用継続不可であると判定した際、
前記第２燃料タンクの燃料を前記燃料供給管に供給することを特徴とするエンジンシステム。
【請求項１】
第１の燃料タンクからエンジンに燃料供給管を介して供給される燃料油の一部を分取し、燃料油中の粗悪成分を間接的又は直接的に分析するレーザ分析装置と、
レーザ分析装置での分析の結果、燃料粗悪成分が所定の閾値を超えているか否かを確認し、燃料の良否を判定する燃料判定手段とを具備し、
燃料判定手段の判定結果に基づいて前記エンジンを制御する、
ことを特徴とするエンジンシステム。
【請求項２】
請求項１において、
燃料油を間接的に分析するレーザ分析装置は、燃料を加熱炉で灰化させ、その灰化物をレーザ分析装置本体内に導入する灰化物導入部と、
分析装置本体内にレーザ光を発振するレーザ照射装置と、
発振されたレーザ光を導入し、灰化物に照射してプラズマ発光させる測定領域と、
発生したプラズマ発光を計測するレーザ受光手段とを具備することを特徴とするエンジンシステム。
【請求項３】
請求項１において、
燃料油を間接的に分析するレーザ分析装置は、燃料をレーザで灰化させる測定部と、
測定部内にレーザ光を発振するレーザ照射装置と、
発振されたレーザ光を導入し、灰化物に照射してプラズマ発光させる測定領域と、
発生したプラズマ発光を計測するレーザ受光手段とを具備することを特徴とするエンジンシステム。
【請求項４】
請求項１において、
燃料油を直接的に分析するレーザ分析装置は、燃料を液滴又は霧状に分析装置本体内に導入する液滴導入部と、
分析装置本体内に基本レーザ光を発振するレーザ照射装置と、
発振されたレーザ光を導入し、液滴又は霧状燃料に照射してプラズマ発光させる測定領域と、
発生したプラズマ発光を計測するレーザ受光手段とを具備することを特徴とするエンジンシステム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
燃焼性の良好な重油を貯留可能な第２燃料タンクと、
前記燃料判定手段により、燃料使用継続不可であると判定した際、
前記第２燃料タンクの燃料を前記燃料供給管に供給することを特徴とするエンジンシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１４９５７６（Ｐ２０１２−１４９５７６Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９２２６（Ｐ２０１１−９２２６）
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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