(57)【要約】【課題】オンラインでその運転中の燃焼室熱負荷増大による信頼性低下を未然に防ぎ、エンジンの信頼性を向上することができるディーゼルエンジン燃料健全性制御システム及びディーゼルエンジン燃料健全性評価方法を提供する。【解決手段】ディーゼルエンジン（Ｄ／Ｅ）の燃料Ｆ中の密度をリアルタイムで計測する密度計測器１１と、ディーゼルエンジン（Ｄ／Ｅ）の燃料Ｆ中の残炭素量（ＭＣＲ：micro carbon residue）をリアルタイムで計測するＭＣＲ計測器１２と、燃料Ｆ中の密度及び残炭素量（ＭＣＲ）の値を求めた結果、予め求めた密度とＭＣＲとの特性マップの健全性の範囲外の場合に、ディーゼルエンジン運転モードを変更させる制御装置（ＣＰＵ）１３とを具備する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの燃料中の密度をリアルタイムで計測する密度計測器と、
ディーゼルエンジンの燃料Ｆ中の残炭素量（ＭＣＲ）をリアルタイムで計測するＭＣＲ計測器と、
燃料Ｆ中の密度及び残炭素量（ＭＣＲ）の値を求めた結果、予め求めた密度とＭＣＲとの特性マップの健全性の範囲外の場合に、ディーゼルエンジン運転モードを変更させる制御装置とを具備することを特徴とするディーゼルエンジン燃料健全性制御システム。
【請求項２】
請求項１において、
燃料中の密度を超音波速度計又は誘電率計により求めることを特徴とするディーゼルエンジン燃料健全性制御システム。
【請求項３】
請求項２において、
密度計測器の計測結果を温度校正することを特徴とするディーゼルエンジン燃料健全性制御システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
残炭素量（ＭＣＲ）を燃料の光透過率の強度比により求めることを特徴とするディーゼルエンジン燃料健全性制御システム。
【請求項５】
燃料中の密度及び残炭素量（ＭＣＲ）をリアルタイムで計測し、燃料中の密度及び残炭素量（ＭＣＲ）の値を求め、その結果、健全性の範囲外の場合に、ディーゼルエンジン運転モードを変更させることを特徴とするディーゼルエンジン燃料健全性評価方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記健全性の範囲が密度（Ｄ）＝Ｘ１×ＭＣＲ−Ｘ２±Ｘ３であることを特徴とするディーゼルエンジン燃料健全性評価方法。
ここでＸ１は比例係数、Ｘ２は密度係数、Ｘ３は燃料の許容範囲係数である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粗悪燃料の場合等に適切に対応することができるディーゼルエンジン燃料健全性制御システム及びディーゼルエンジン燃料健全性評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンにて着火性・燃焼性が悪い燃料（いわゆる粗悪燃料）を受け入れてしまうことにより、燃焼室熱負荷増大による信頼性低下の問題が発生している。
【０００３】
ところで、ディーゼルエンジン、特に重質油を燃料として用いるディーゼルエンジンでは、燃料性状に起因する信頼性低下が問題となるが、燃料性状には多くのパラメータが存在するほか、燃料性状をオンラインでモニターする技術がなく、異常診断が困難であった。
【０００４】
従来では、ディーゼルエンジンの異常診断として、燃焼圧力を指標とする方法が存在するが、直接的に燃料性状を把握できないため、異常診断として、的確な把握をすることが困難であった。
【０００５】
また、重質油などの燃料性状では、ＭＣＲ（残炭素量）が重要なパラメータとなるが、従来の計測方法は、サンプルを採取して、計測するので、その計測結果が判明するまでには、時間がかかるほか、自動化が困難であり、燃料性状をオンラインでモニターすることができない、という問題がある。
【０００６】
従来のＭＣＲの計測は、ＪＩＳＫ２２７０に規定されている（非特許文献１）。
ここで、前記ＭＣＲ（残炭素量）とは、試料を空気流通の少ない状態で蒸発および熱分解させたときに生成されるコークス状炭化残留物を残留炭素といい、重量％で表している。
この試験法には、ＪＩＳ  Ｋ２２７０で規定する「コンラドソン法」と「ミクロ法」とがある。
前記コンラドソン法は、規定のコンラドソン残留炭素分試験器を用い、試料３〜１０ｇをるつぼにはかり採り、規定の条件で予熱、発生した油蒸気の加熱、残留物の強熱、放冷後の秤量を行い、残留炭素分を求めるものである。
これに対し、「ミクロ法」は、規定のミクロ残留炭素分試験器を用いて、試料０．１５〜５ｇを試験容器にはかり採り、コーキング炉に入れてから炉内部を窒素雰囲気に置換した後、規定の条件で予熱、加熱、放冷後の秤量を行い、残留炭素分を求めるものである。
【０００７】
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ｋ２２７０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ＪＩＳに規定する試験方法は、バッチ処理であると共に、自動化によるオンライン分析はできないのが現状である。
【０００９】
近年、粗悪燃料として、比重のみを調整した粗悪燃料等は、受け入れ試験で比重試験に合格していれば、燃料の組成は不明のまま、大型船舶の燃料として受け入れてしまい、航行途中で、エンジンの着火性・燃料性に問題が発生する場合がある。
そこで、特に船舶用のディーゼルエンジンにて着火性・燃焼性が悪い燃料（いわゆる粗悪燃料）を受け入れてしまった場合においても、航行途中において、迅速に対応でき、燃焼室熱負荷増大による信頼性低下を未然に防ぎ、エンジンの信頼性を向上することが望まれている。
【００１０】
本発明は、前記問題に鑑み、例えば船舶用のディーゼルエンジンにて着火性・燃焼性が悪い燃料を受け入れた場合においても、オンラインでその航行中の燃焼室熱負荷増大による信頼性低下を未然に防ぎ、エンジンの信頼性を向上することができるディーゼルエンジン燃料健全性制御システム及びディーゼルエンジン燃料健全性評価方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、ディーゼルエンジンの燃料中の密度をリアルタイムで計測する密度計測器と、ディーゼルエンジンの燃料Ｆ中の残炭素量（ＭＣＲ）をリアルタイムで計測するＭＣＲ計測器と、燃料Ｆ中の密度及び残炭素量（ＭＣＲ）の値を求めた結果、予め求めた密度とＭＣＲとの特性マップの健全性の範囲外の場合に、ディーゼルエンジン運転モードを変更させる制御装置とを具備することを特徴とするディーゼルエンジン燃料健全性制御システムにある。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、燃料中の密度を超音波速度計又は誘電率計により求めることを特徴とするディーゼルエンジン燃料健全性制御システムにある。
【００１３】
第３の発明は、第２の発明において、密度計測器の計測結果を温度校正することを特徴とするディーゼルエンジン燃料健全性制御システムにある。
【００１４】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、残炭素量（ＭＣＲ）を燃料の光透過率の強度比により求めることを特徴とするディーゼルエンジン燃料健全性制御システムにある。
【００１５】
第５の発明は、燃料中の密度及び残炭素量（ＭＣＲ）をリアルタイムで計測し、燃料中の密度及び残炭素量（ＭＣＲ）の値を求め、その結果、健全性の範囲外の場合に、ディーゼルエンジン運転モードを変更させることを特徴とするディーゼルエンジン燃料健全性評価方法にある。
【００１６】
第６の発明は、第５の発明において、前記健全性の範囲が密度（Ｄ）＝Ｘ１×ＭＣＲ−Ｘ２±Ｘ３であることを特徴とするディーゼルエンジン燃料健全性評価方法にある。
ここでＸ１は比例係数、Ｘ２は密度係数、Ｘ３は燃料の許容範囲係数である。
【００１７】
前記ディーゼル燃料として船舶用又は陸用燃料であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ディーゼルエンジンの燃料中の密度をリアルタイムで計測する密度計測器と、ディーゼルエンジンの燃料Ｆ中の残炭素量（ＭＣＲ：micro carbon residue）をリアルタイムで計測するＭＣＲ計測器とにより、燃料Ｆ中の密度及び残炭素量（ＭＣＲ）の値を求め、その密度とＭＣＲとの値が、予め求めた密度とＭＣＲとの特性マップの健全性の範囲外の場合に、ディーゼルエンジン運転モードを変更させるので、オンラインでその燃料性状に応じたディーゼルエンジン運転モードの変更を行うことができ、燃焼室熱負荷増大による信頼性低下を未然に防ぎ、エンジンの信頼性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００２０】
本発明による実施例に係るディーゼルエンジン燃料健全性制御システムについて、図面を参照して説明する。図１は、実施例に係るディーゼルエンジン燃料健全性制御システム図である。
図１に示すように、ディーゼルエンジン燃料健全性制御システム１０は、ディーゼルエンジン（Ｄ／Ｅ）の燃料Ｆ中の密度をリアルタイムで計測する密度計測器１１と、ディーゼルエンジン（Ｄ／Ｅ）の燃料Ｆ中の残炭素量（ＭＣＲ：micro carbon residue）をリアルタイムで計測するＭＣＲ計測器１２とを、燃料ラインＬ0に介装してなり、燃料Ｆ中の密度及び残炭素量（ＭＣＲ）の値を求めた結果、予め求めた密度とＭＣＲとの特性マップの健全性の範囲外の場合に、ディーゼルエンジン運転モードを変更させる制御装置（ＣＰＵ）１３とを具備するものである。
ここで、図１中、符号１４は燃料タンクを図示する。
前記燃料中の密度は、例えば超音波速度計又は誘電率計により求めることができる。
【００２１】
図２−１は超音波速度計の概略図である。図２−１に示すように、超音波速度計２１は、燃料サンプリング管２２内に挿入された反射部２３と、反射部２３に対して超音波を発振する超音波発振部２４と、反射された超音波を受信する受信部２５とからなる。図２−２は、超音波速度計２１により求めた、超音波計測結果である。図２−２に示すように、発振ピークと受信ピークとの時間を超音波速度（ｔ）として求め、図３に示すように予め求めている超音波速度と密度との検量線から、密度を求めることができる。
【００２２】
ここで、密度は燃料の温度変化により変化するので、より好ましくは、温度校正を行うことが望ましい。図４は各温度（２０℃、３０℃及び５０℃）における超音波速度と密度との関係図である。
なお、超音波速度から求めた密度と実測密度との関係は、図５に示すように、良好な相関関係があることが確認されている。
【００２３】
また、図６に示すように、誘電率計２６を用いてもよい。この誘電率計２６は一対の検出電極２７とアース電極２８とから構成される。
図７は、予め求めている誘電率と密度との検量線図であり、これより、密度を求めることができる。
【００２４】
図８は、ＭＣＲ計測器の概略図である。
図８に示すように、ＭＣＲ計測器１２は、燃料サンプリング管２２に介装された計測容器３１と、計測容器３１内に挿入され、一対の入射部３２と受光部３３とからなり、入射部３２の入射用光ファイバ３２ａから４００〜１０００ｎｍの光を照射し、受光部３３の受光用光ファイバ３３ａで受光して、検出器（図示せず）で燃料Ｆの光透過率を計測するものである。
【００２５】
ここで、図８中、符号Ｄは入射用光ファイバ３２ａと受光用光ファイバ３３ａとのギャップである。このギャップＤとしては、数ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下、より好ましくは０．５〜１ｍｍとするのがよい。これはギャップＤの間隔が開きすぎると、受光が不可能となるからである。
【００２６】
図９は燃料におけるＭＣＲの濃度相違（Ａ：ＭＣＲ＜０．０１ｗｔ％、Ｂ：ＭＣＲ＝０．０４ｗｔ％、Ｃ：ＭＣＲ＝０．３ｗｔ％、Ｄ：ＭＣＲ＝０．８７ｗｔ％、）における波長４００〜１０００ｎｍにおける透過率比の計測結果を示す。
図９に示すように、ＭＣＲの値が低い燃料ほど、低波長側に吸収ピークが存在する割合が多いものとなる。
【００２７】
このように、ＭＣＲが変化すると透過率曲線において変化があるのは、芳香族環の大きさに起因することによる。図１０は、ベンゼン（１環炭化水素）からペンタセン（５環炭化水素）まで、徐々にその吸収波長域は長波長域に変化している。よって、燃料の燃焼性が良好な環が少ない物質の割合が多い場合には、低波長側となるので、図１０のような挙動を呈することとなる。
【００２８】
ここで、ＭＣＲの算出の仕方の一例を示す。
残炭素量（ＭＣＲ：micro carbon residue）は、燃料の光透過率の強度比より求める。この強度比は、少なくとも２箇所以上の所定波長域の透過率の強度を積算し、これらを対比する。
図９においては、強度１としては、波長７２５〜７７５ｎｍの間の強度を積算すると共に、強度２としては、波長９５０〜１１００ｎｍの間の強度を積算している。
そして、予め（強度２）／（強度１）とＭＣＲとの関係を求めておき、前記測定した（強度２）／（強度１）の結果から、ＭＣＲを求める。
なお、透過率の絶対値には影響を受けるものではない。
【００２９】
図１１は、予め求めた光透過率強度比とＭＣＲとの関係図である。
このように、予め、（強度１）／（強度２）とＭＣＲとの関係を求めておき、測定した（強度１）／（強度２）からＭＣＲを算出することとなる。
ここで、強度１は７２５ｎｍ〜７７５ｎｍの範囲とし、強度２は９５０ｎｍ〜１０５０ｎｍの範囲とし、下記式（１）からＭＣＲを求めることができる。
ＭＣＲ＝α（強度２／強度１−γ）β…（１）
ここで、αは比例係数であり（α＝０．１４）、βは線形補正係数であり（β＝０．７）であり、γは零点補正係数（γ＝１．９５）である。
また、２ヶ所の波長領域以外にも、以下のような計算も可能である。
強度１を５５０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲とし、強度２を７５０ｎｍ〜８５０ｎｍｎ範囲とし、強度３を９５０ｎｍ〜１０５０ｎｍの範囲とし、下記式（２）からＭＣＲを求めることができる。なお、係数は前記と同様である。
ＭＣＲ＝α1 （強度２／強度１-γ1）β1 ＋ α2（強度３／強度１-γ1）β2…（２）
【００３０】
ここで、波長の選定は一例であり、２箇所の場合には、４００〜８００ｎｍの低波長側の所定範囲の強度比の積算を強度１とし、５００〜１１００ｎｍの長波長側の所定範囲の強度比の積算を強度２とするようにすればよい。
【００３１】
また、３箇所の場合には、４００〜７００ｎｍの低波長側の所定範囲の強度比の積算を強度１とし、７００〜９００ｎｍの中波長側の所定範囲の強度比の積算を強度２とし、９００〜１１００ｎｍの長波長側の所定範囲の強度比の積算を強度３とし、
（強度２／強度１）＋（強度３／強度１）とするようにすればよい。
【００３２】
また、所定波長の領域とせずに、特定の２箇所以上の波長同士（例えば強度１を７２５ｎｍの値とし、強度２を９５０ｎｍの値とする等。）を比較して残炭素量（ＭＣＲ）を求めるようにしてもよい。
【００３３】
図１２は光透過率強度比から求めたＭＣＲと実測のＭＣＲとの関係図であるが、良好な相関関係を呈している。
【００３４】
また、図１３に示すように、光強度の代わりに蛍光強度からもＭＣＲを求めるようにしてもよい（Ｅ：ＭＣＲ＜０．０１ｗｔ％、Ｆ：ＭＣＲ＝０．０４ｗｔ％、Ｇ：ＭＣＲ＝０．８７ｗｔ％）。
【００３５】
そして、燃料Ｆ中の密度及び残炭素量（ＭＣＲ）の値を求めた結果を、図１４に示す予め求めた密度とＭＣＲとの特性マップに当てはめて、健全性の範囲内（図中、白抜き部分）の場合には、燃料が健全であると判断する。これに対して、健全性の範囲外（図中、網掛け部分）の場合には、燃料の健全性が低下していると判断する。
なお、健全性の範囲外において、密度９９０（ｋｇ／ｃｍ3）以上、ＭＣＲ２２（ｗｔ％）以上の場合（図中、斜線部分）には、規格外である。
【００３６】
この判断の結果に応じて、ディーゼルエンジン運転モードを制御装置１３により変更するようにしている。
前記健全性の範囲として密度（Ｄ）＝３．８Ｘ１×ＭＣＲ−Ｘ２±Ｘ３と規定している。
ここでＸ１は比例係数（Ｘ１＝３．８）、Ｘ２は密度係数（Ｘ２＝９２５）、Ｘ３は燃料の許容範囲係数（Ｘ３＝１２）である。
なお、Ｘ３の燃料の許容範囲係数を増減することで、規制範囲を厳しくしたり緩和したりすることができる。
このように、健全性の範囲として、密度とＭＣＲとを求め、図１４に示すようにＤ＝３．８×ＭＣＲ−９２５±１２から求めるようにしている。
ここで、図１４において、領域Ａは規定燃料（良好な燃料）の領域を示す。また、領域Ｂは要注意燃料の領域を示す。さらに、領域Ｃは規定外燃料を示す。
【００３７】
ここで、前記ディーゼルエンジン運転モードの変更としては、エンジンの運転モードを変更する（例えば負荷をかけない運転とする）、注油率（潤滑油注入量）の増加、燃料タンクからの燃料を浄化させる、燃料の混合比率を変更させることの少なくとも一つである。
燃料中の密度及び残炭素量が変化すると、エンジン内の燃焼状態が変化し、例えば火炎がシリンダー内壁に接触あるいは近接することによりシリンダー内部の潤滑油が枯渇してピストンリングとの焼きつきを起こす。よって、燃料中の密度及び残炭素量のリアルタイム計測結果を基に、規定燃料以外の燃料が導入された場合に負荷低減、注油率の増加を行うことで、焼きつきなどを未然に防止することが可能となる。
さらに、複数種の組成の異なる燃料を有する場合においては、その燃料同士の配合割合を変更等するようにしてもよい。
【００３８】
本発明に係る燃料健全性の評価の工程について図１５を用いて説明する。
図１５に示すように、第１の工程では、燃料中の密度及び残炭素量（ＭＣＲ）をリアルタイムで計測する（Ｓ１）。
第２の工程では、燃料中の密度及び残炭素量（ＭＣＲ）の値を求め、その結果、健全性の範囲（Ｄ＝３．８×ＭＣＲ−９２５±１２）の基準値内か否かを判定する（Ｓ２）。
【００３９】
基準値内である場合には、燃料は良好であるとして、現状の通常運転を継続する（Ｓ３）。
これに対し、基準値外（図１４中）である場合には、燃料の健全性が良好ではないと判断し、警告を発する（Ｓ４）。この警告に引き続き、運転モードの変更を行う（Ｓ５）。
【００４０】
ディーゼルエンジン運転モードを変更させる一例としては、図１に示すように、バルブＶ2を開けると共に、バルブＶ1を閉じて、流路を第１流路Ｌ1から第２流路Ｌ2へ変更する。
そして、切替弁１７の切替により、第１ピュアリファイア１５−１及び第１フィルター１６−１を通過させ、燃料Ｆを浄化させる。
【００４１】
この浄化によっても燃料の健全性が回復しない場合には、切替弁１７を開放し、第１ピュアリファイア１５−１及び第１フィルター１６−１の第２流路Ｌ2と、第２ピュアリファイア１５−２及び第２フィルター１６−２の第３流路Ｌ3を併用して通過させ、燃料の浄化効率をさらに向上させる。
なお、流路の切替は図１に限定されるものではなく、さらに複数の流路を用意しておき、切替えるようにしてもよい。また、一方の流路Ｌ2に燃料を通過させておき、他方の流路Ｌ3の第２ピュアリファイア１５−２及び第２フィルター１６−２をメンテナンスするようにしてもよい。
ここで、ピュアリファイアとしては、精密多孔板エレメントを高速回転させて、低質粗悪重油中の軟質スラッジの粉砕、分散、ホモジナイズ等を行うと共に、精密濾過洗浄を行う手段であり、比重差のある硬質不純物やカーボンは濾過されずに、ドレンとして排出するものである。このピュアリファイアを通過させた後、さらに濾過をフィルターで行うことにより、燃料を浄化させて、燃料組成を変更するようにしている。
【００４２】
このように、本発明によれば、燃料供給配管中の所定の箇所において、燃料性状（密度及びＭＣＲ）をオンラインで計測し、この計測結果に基づいて、燃料の健全性の評価を行い、健全性が悪い場合には、運転モードを変更させることで、例えば船舶の航行中においても、オンラインでその燃料性状に応じたディーゼルエンジン運転モードの変更を行うことができ、燃焼室熱負荷増大による信頼性低下を未然に防ぎ、エンジンの信頼性を向上することができる。なお、燃料は船舶用燃料に限定されず、陸用燃料に用いるようにしてもよい。
よって、オンライン計測ができない従来のような、手探り状態での運転を行うことが回避され、安定した航行が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、本発明によれば、オンラインでその燃料性状に応じたディーゼルエンジン運転モードの変更を行うことができ、燃焼室熱負荷増大による信頼性低下を未然に防ぎ、エンジンの信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】ディーゼルエンジン燃料健全性制御システム図である。
【図２−１】超音波速度計の概略図である。
【図２−２】超音波速度の計測結果図である。
【図３】超音波速度と密度との関係図である。
【図４】超音波速度と密度との温度依存性の関係図である。
【図５】超音波速度から求めた密度と実測密度との関係図である。
【図６】誘電率計の概略図である。
【図７】誘電率と密度の関係図である。
【図８】ＭＣＲ計測器の概略図である。
【図９】各ＭＣＲの濃度相違（Ａ：ＭＣＲ＜０．０１ｗｔ％、Ｂ：ＭＣＲ＝０．０４ｗｔ％、Ｃ：ＭＣＲ＝０．３ｗｔ％、Ｄ：ＭＣＲ＝０．８７ｗｔ％、）における波長４００〜１０００ｎｍにおける透過率比の計測結果図である。
【図１０】ベンゼン（１環炭化水素）からペンタセン（５環炭化水素）までの波長帯と吸光度の計測結果図である。
【図１１】予め求めた光透過率強度比とＭＣＲとの関係図である
【図１２】光透過率強度比から求めたＭＣＲと実測のＭＣＲとの関係図である。
【図１３】各ＭＣＲの濃度相違（Ｅ：ＭＣＲ＜０．０１ｗｔ％、Ｆ：ＭＣＲ＝０．０４ｗｔ％、Ｇ：ＭＣＲ＝０．８７ｗｔ％、）における波長４００〜１０００ｎｍにおける蛍光の強度比の計測結果図である。
【図１４】予め求めた密度とＭＣＲとの特性マップである。
【図１５】燃料健全性の評価の工程図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  ディーゼルエンジン燃料健全性制御システム
１１  密度計測器
１２  ＭＣＲ計測器
１３  制御装置（ＣＰＵ）
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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