(57)【要約】【課題】エンジンの制御装置において、使用する燃料由来の排ガス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燃料タンクから供給された燃料Ｆを用いてエンジンを駆動させた際に発生する排ガス２０１の一部を分取し、排ガス２０１中にレーザ光１１Ｂを照射することにより発生する第１のラマン散乱光１５Ａにより、排ガス中の粒子状物質や炭化水素を計測するレーザ分析装置１０Ａを設け、レーザ分析装置１０Ａでの分析の結果、排ガス成分の結果より、燃料の良否を燃料判定手段４１により判定し、燃料判定手段５１の判定結果に基づいて前記エンジンを制御装置４２により制御する。【選択図】図２
2012184682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１燃料タンクから供給された燃料を用いてエンジンを駆動させた際に発生する排ガスの一部を分取し、排ガス中のガス組成、粒子状物質及び炭化水素を計測する分析装置と、該分析装置での分析し、ガス状の粒子物質、炭化水素類の総量を求め、ガス中の粒子状物質又は炭化水素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、
前記分析装置は、排ガス中にレーザ光を照射することにより発生するラマン散乱光又はミー散乱光により、排ガス中の粒子状物質及び炭化水素を計測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、
前記分析装置は、排ガス中に可視光又は紫外光を照射することにより発生するミー散乱光又は蛍光により、排ガス中の粒子状物質及び炭化水素を計測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乃至３のいずれか一において、
排ガス中の粒子状物質の濃度が閾値を超えたときに、粒子状物質をフィルタにより除き、その排ガスをエンジン吸気用として用い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。
【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、この燃焼排ガス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う。近年、厳しさを増している環境規制の動向及びエンジン自身の安定運転の実現を鑑みるとき、その解決手段として、燃焼排ガス中の粒子状物質や炭化水素（ＨＣ）の濃度をオンラインで計測することが求められている。
【０００３】
従来、燃料ガス中のダスト（粒子状物質）成分の濃度を、レーザ照射によるミー散乱光により計測することが知られている（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２４２４９号公報
【特許文献２】特開２００５−２４２５０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ｚ  ８８０８「排ガス中のダスト濃度の測定方法」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来のレーザ装置で粒子状物質濃度を求めるには、ミー散乱光を計測するという独自の操作が必要であった。例えばレーザラマン散乱分析を実施する場合には、ミー散乱による粒子物質分析を実施するためには、それとは別の計測装置が必要であった。
しかしながら、独立の装置構成は大掛かりとなり、コンパクトなガス成分分析と、粒子状物質濃度分析とを同時にできる分析手法の確立が要望されている。
特に、単一の検知手段のみを使用することにより、複数の分析（ガス組成、粒子状物質濃度、炭化水素濃度）を実現することができれば、装置内部品点数を減少でき、コンパクトな分析装置が提供できることとなる。すなわち、複数の分析装置を用いる場合には、各々の装置のメンテナンスが必要となり、コストと手間がかかるという問題もある。
また、測定対象の同時性（同じ試料を測定）が失われるため、分析精度が悪化する問題がある。
【０００７】
特に、航行中の船舶のディーゼルエンジンジンの不完全燃焼等に由来する排ガス中の炭素由来の粒子状物質（ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ））に起因するようなトラブルが発生した場合においては、航行中に分析することができず、その分析結果が出るまでに長期間を要し、その対策実施までの期間、多くの損失を招いているのが現状であるので、粒子状物質の検出と炭化水素濃度の簡易迅速な計測装置の出現が求められている。
【０００８】
また、近年はディーゼルエンジンのランニングコストの低減のために、粗悪質の燃料が使用される一方、排ガス規制は年々厳しくなってきており、粒子状物質の排出の抑制のみならず、炭化水素（ＨＣ：hydrocarbons）類、ガス状物質、特に多環芳香族炭化水素（ＰＡＨ：polycyclic aromatic hydrocarbons）の低減のための簡易な分析手法の確立及びその対策が切望されている。
【０００９】
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。
【００１０】
そのためには、エンジン内にて、導入される粒子物質（ＰＭ）や、炭化水素類の総量を把握することが必要となるが、従来の分析法を単に適用するには、間欠的な分析となり、時間がかり、総量を求める際に十分な精度が得られず、分析頻度を確保するのにもコスト面で、実現困難であるという問題がある（非特許文献１：ＪＩＳ  Ｚ  ８８０８「排ガス中のダスト濃度の測定方法」）。
【００１１】
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、燃焼後の排気ガスの組成、粒子物質及び炭化水素類をオンラインで検出し、エンジンに導入される各々の総量を把握することで、その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】
【００１２】
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燃料タンクから供給された燃料を用いてエンジンを駆動させた際に発生する排ガスの一部を分取し、排ガス中のガス組成、粒子状物質及び炭化水素を計測する分析装置と、該分析装置での分析し、ガス状の粒子物質、炭化水素類の総量を求め、ガス中の粒子状物質又は炭化水素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。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、前記分析装置は、排ガス中にレーザ光を照射することにより発生するラマン散乱光又はミー散乱光により、排ガス中の粒子状物質及び炭化水素を計測することを特徴とするエンジンシステムにある。
【００１４】
第３の発明は、第１の発明において、前記分析装置は、排ガス中に可視光又は紫外光を照射することにより発生するミー散乱光又は蛍光により、排ガス中の粒子状物質及び炭化水素を計測することを特徴とするエンジンシステムにある。
【００１５】
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、排ガス中の粒子状物質の濃度が閾値を超えたときに、粒子状物質をフィルタにより除き、その排ガスをエンジン吸気用として用いることを特徴とするエンジンシステムにある。
【００１６】
第５の発明は、第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】
【００１７】
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】
【００１８】
【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。
【図４】図４は、実施例３に係るレーザ分析装置の概略図である。
【図５】図５は、ディーゼルエンジン排ガスを第１の波長変換レーザ光（５３２ｎｍ）で計測したラマン散乱光のピーク信号スペクトルチャートである。
【図６】図６は、ディーゼルエンジン排ガスを第２の波長変換レーザ光（３５５ｎｍ）で計測したラマン散乱光のピーク信号スペクトルチャートである。
【図７−１】図７−１は、波長５３２ｎｍにおけるミー散乱光強度と粒子物質濃度との関係の検量線を示す図である。
【図７−２】図７−２は、波長３５５ｎｍにおけるミー散乱光強度と粒子物質濃度との関係の検量線を示す図である。
【図８】図８は、実施例４に係る分析装置の概略図である。
【図９】図９は、粒子状物質及び炭化水素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】
【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。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１】
【００２０】
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１０１は、複数のシリンダボア１０２が形成され、各シリンダボア１０２の内面にはシリンダライナ１０３が装着されており、ピストン１０４がそれぞれ上下移動自在に支持されている。燃焼室１０５は、エンジン本体１０１（シリンダライナ１０３）とピストン１０４の頂面とにより区画されて形成されている。この燃焼室１０５は、上部に吸気ポート１１６及び排気ポート１１７が連通し、吸気弁１１８及び排気弁１１９の下端部が位置している。この吸気弁１１８及び排気弁１１９は、吸気ポート１１６及び排気ポート１１７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１１８及び排気弁１１９に作用することで、吸気ポート１１６及び排気ポート１１７を開閉することができる。また、エンジン本体１０１は、燃焼室１０５の上部に、この燃焼室１０５に高圧燃料を噴射可能な高圧インジェクタ１２０が装着されている。なお、図１中、符号Ｖ1、Ｖ2は開閉弁を図示する。
【００２１】
そして、エンジン本体１０１は、吸気ポート１１６にインテークマニホールドを介して吸気管（吸気通路）１２１が連結される一方、排気ポート１１７にエキゾーストマニホールドを介して排気管（排気通路）１２２（２０２）が連結されており、この排気管２０２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等の浄化手段２１０が装着されている。
【００２２】
また、第１燃料タンク１２３Ａ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１２３Ａの燃料をエンジン本体１０１の燃焼室１０５に供給可能な第１燃料供給系１２４Ａが設けられている。即ち、第１燃料タンク１２３Ａと高圧インジェクタ１２０とが燃料供給管１２５により連結され、この燃料供給管１２５に燃料ポンプ１２６Ａが装着されている。従って、燃料ポンプ１２６Ａを駆動することで、第１燃料タンク１２３Ａ内の燃料が加圧された後、燃料供給管１２５を通して高圧インジェクタ１２０まで輸送することができ、この高圧インジェクタ１２０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１０５に噴射することができる。
【００２３】
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４２が設けられている。即ち、制御装置４２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１２０を制御可能となっている。
【００２４】
また、図示しないタービンより上流側の排気管１２２と圧縮器より下流側の吸気管１２１とを連絡する排気ガス環流装置（以下「ＥＧＲ」という）のＥＧＲ通路を具備するようにして、ＥＧＲバルブの開度を制御することで、還流する排ガスの割合を調整するようにしている。
【００２５】
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１２３Ａから供給された燃料Ｆを用いてエンジンを駆動させた際に発生する排ガス２０１の一部を分取し、排ガス２０１中にレーザ光１１Ｂを照射することにより発生する第１のラマン散乱光１５Ａにより、排ガス中の粒子状物質や炭化水素を計測するレーザ分析装置１０Ａを設け、分析手段１０（後述するレーザ分析装置Ａ〜Ｃ、分析装置１０Ｄ〜Ｆ）での分析の結果、排ガス成分の結果より、燃料の良否を燃料判定手段４１により判定し、燃料判定手段４１の判定結果に基づいて前記エンジンを制御装置４２により制御するようにしている。
【００２６】
図２は、本発明の実施例１にかかるレーザ分析装置１０Ａの概略図である。
図２に示すように、レーザ分析装置１０Ａは、基本レーザ光（１０６４ｎｍ）１１Ａを発振するレーザ照射装置１３と、発振された基本レーザ光１１Ａを第１の波長変換レーザ光１１Ｂに波長変換する第１の波長変換部１２Ａと、波長変換された第１の波長変換レーザ光１１Ｂを導入し、排ガス２０１に照射して第１のラマン散乱光１５Ａを発生させる測定領域１４と、発生した第１のラマン散乱光１５Ａを計測するラマン散乱光検出器１８とを具備し、第１のラマン散乱光１５Ａの計測結果により、排ガス２０１のガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス２０１中の粒子状物質（ＰＭ）濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めるものである。
【００２７】
図５は、ディーゼルエンジン排ガスを第１の波長変換レーザ光（５３２ｎｍ）で計測したラマン散乱光のピーク信号スペクトルチャートである。ここで、図５中、そのピーク信号スペクトルを除いたベースラインが粒子状物質起因のミー散乱光による濃度である。
【００２８】
一般にはベースラインは静電ノイズや迷光などのノイズ情報でしかない。
しかし、ラマン散乱光が適切に計測できる光学系を備えた計測システムにおいては、これらの静電ノイズ、迷光は微小であるため、５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂを用いる場合には、このベースラインの情報には粒子状物質に起因するミー散乱光が含まれているので、粒子状物質濃度情報として価値がある。
【００２９】
本発明では、波長としてＹＡＧレーザ光の第２高調波である５３２ｎｍを用いているが、本発明はこれに限定されず、４００ｎｍ以上のレーザ光、さらに好適には５００ｎｍ以上のレーザ光とするのが好ましい。なお、波長が長くなるにつれてミー散乱強度が減少するので、４００〜１，１００ｎｍの範囲、より好適には４００〜７００ｎｍの範囲のレーザ光を用いることが好ましい。
【００３０】
ここで、本実施例では、ラマン散乱光検出器１８は、第１の波長変換レーザ光１１Ｂの照射により発生する第１のラマン散乱光１５Ａを計測する分光部１６とＩＣＣＤ（Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ１７から構成されている。
【００３１】
ここで、図２において、符号１４は排ガス２０１が導入され、第１の波長変換レーザ光１１Ｂを照射してガス成分を計測する測定領域、２１ａは第１の波長変換レーザ光１１Ｂを反射する反射ミラー、２２は第１の波長変換レーザ光１１Ｂを集光する集光レンズ、２３はデータ処理手段（ＣＰＵ）を各々図示する。
【００３２】
ここで、レーザ照射装置１３からの基本レーザ光１１Ａは、第１の波長変換部１２Ａにより、基本レーザ光（ＹＡＧ：１０６４ｎｍ）１１Ａを５３２ｎｍのＹＡＧレーザの第２高調波の第１の波長変換レーザ光１１Ｂに波長変換させ、反射ミラー２１ａを介して測定領域１４側へ反射させて、集光手段である集光レンズ２２により集光し、次いで排気管２０２内へ送られ、測定領域１４内に第１の波長変換レーザ光１１Ｂを入射させ、排気管２０２内に導入される排ガス２０１へ照射している。
なお、測定には排気管から排ガス２０１を、測定チャンバへ分岐するようにしてもよい。
【００３３】
また、測定領域１４の中心部から散乱された第１のラマン散乱光１５Ａは、例えば偏光子、集光レンズ及びフィルタ等の光学群（図示せず）を介して分光部１６で分光され、該分光部１６に接続されたＩＣＣＤカメラ１７により各波長の光の強度を計測する。
前記ＩＣＣＤカメラ１７からの計測データは、データ処理手段（ＣＰＵ）２３に送られ、ここで計測データの処理がなされる。
また、同時に発生する粒子状物質起因のミー散乱光も同様に計測され、計測データの処理がなされる。
【００３４】
図５はディーゼルエンジン排ガスのラマン散乱光計測結果のチャートであり、これより各ピーク強度から各組成（二酸化炭素、酸素、窒素等）の濃度を求めることができる。
なお、図中、横軸は、ＩＣＣＤカメラ１７のピクセルであり、波長（ｎｍ）に対応する。
図５に示すとおり、ラマン散乱光強度を測定することで、ＣＯ2、Ｏ2、Ｎ2組成が分析することができる。
【００３５】
本発明では、特定の５３２ｎｍのＹＡＧレーザの第２高調波の第１の波長変換レーザ光１１Ｂを用いてラマン散乱光のピーク信号スペクトルからガス組成を求めると共に、そのピーク信号スペクトルを除いたベースラインから粒子状物質濃度を求めることができ、一度の計測でガス成分と粒子状物質の濃度とを同時に測定が可能となる。
【００３６】
以下に、レーザ装置を用いたレーザ分析装置１０Ａの各構成部材について説明する。
【００３７】
なお、排気管２０２内に設けられるパワーメータ２６は、レーザ照射装置１３から出力される第１の波長変換レーザ光１１Ｂの進行方向上に設けられており、第１の波長変換レーザ光１１Ｂの出力を正確に計測することが出来る計算機器である。この数値をフィードバックし、レーザ照射装置１３の出力を調整する。
これにより、レーザ光の位置検出精度が向上し、光軸修正を迅速に行うことが可能となる。ただし、劣悪環境では一定流量のパージガスを噴出させる等して、検出素子が劣化することを防止することができる。
【００３８】
また、反射ミラー２１ａは、波長変換された第１の波長変換レーザ光１１Ｂの進行方向を、排ガス２０１の存在する方向へ反射により向けさせるミラーである。この反射ミラー２１ａの角度を調整することにより、測定領域１４内で任意の位置での計測を可能としている。
【００３９】
測定用の第１の波長変換レーザ光１１Ｂ及び排ガス２０１からの第１のラマン散乱光１５Ａは、第１の窓２７−１及び第２の窓２７−２から出入りする。
【００４０】
第２の窓２７−２は、排ガス２０１を外部へ流出させないための石英ガラス製の窓である。石英ガラス製にしているのは、その窓を第１の波長変換レーザ光１１Ｂが透過できるようにするためである。なお、この窓は二重にしており、石英ガラス１枚が破損しても、ガスがリークしないようにしている。
【００４１】
また、第１の波長変換レーザ光１１Ｂの通路には、電磁弁（図示せず）が設けられており、通常は、閉じている。
【００４２】
測定領域１４に存在する排ガス２０１に第１の波長変換レーザ光１１Ｂが照射されることにより測定がなされる。
【００４３】
また、第１のラマン散乱光１５Ａを分光し、測定データとして取り出す機能を有する分光部１６を有するラマン散乱光検出器１８について説明する。ここで、測定領域１４の中心部から散乱された第１のラマン散乱光１５Ａは、第１の波長変換レーザ光１１Ｂからある角度をなして、第２の窓２７−２及び第１の窓２７−１を経由して分光部１６へ入る。
【００４４】
上記分光部１６内に設けられる偏光子（図示せず）は、特定の偏光面を持つ散乱光のみを進行方向は変えずに透過させる偏光手段であり、この偏光子で透過した散乱光は、集光レンズ（図示せず）により集光された後に、フィルタ（図示せず）により、特定の波長の散乱光のみ透過させるようにしている。
【００４５】
そして、特定の波長領域となった第１のラマン散乱光１５Ａは分光部１６で分光され、ここに接続されているＩＣＣＤカメラ１７により、光の強度を計測している。そして、このＩＣＣＤカメラ１７は光電子増倍型のデバイスであり、ここで分光部１６により分光された各波長の光の強度を計測するようにしている。また、光検出器は、ＩＣＣＤカメラの他に、例えばアバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）、光電子増倍管（ＰＭＴ）等を例示することができる。
【００４６】
また、粒子状物質濃度の計測精度を向上させるために、排ガス２０１中に存在する基準ガス（窒素）のラマン散乱光の信号強度（Ｒ0）を計測しておき、計測を行う都度、測定領域に存在する基準ガスのラマン散乱光の信号強度（Ｒ1）を計測し、得られたＲ0／Ｒ1を校正定数（Ｋ）とし、前記ピーク信号スペクトルの各検出信号強度（Ｘ1）に、校正係数（Ｋ＝Ｒ0／Ｒ1）を乗じて真の信号強度を求め、真の信号強度からガス組成と粒子状物質の濃度（Ｍ2）を算出する。
【００４７】
これにより、通常のラマン散乱測定にて分析されるガス組成成分（ＣＯ2、Ｏ2、Ｎ2）の分析の他に、測定の都度、初期値のラマン散乱光の窒素濃度を基準として校正係数Ｋを用いて、校正することで、濃度校正された真の値の粒子状物質濃度（Ｍ2）を迅速に求めることができる。
この際、基準ガスとして用いる窒素は、外部から導入するものではなく、排ガス中に含まれているガスそのものであるので、計測精度が向上する。
【００４８】
以上説明した図２に示すレーザ分析装置１０Ａを用いて、粒子状物質濃度を計測した結果、燃料判定手段５１により燃焼排ガスから燃料中の粗悪成分の含有量が高いと判断した際には、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４２により行う。
さらに、燃焼排ガスの状態より、燃料自体が悪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４２より行う。
また、現状では排ガス中の粒子状物質の量は多いものの、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。
【００４９】
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１２３Ｂが設けられている。
この第２燃料タンク１２３Ｂ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１２３Ｂの燃料を第１燃料供給系１２４Ａの燃料供給管１２５に供給可能な第２燃料供給系１２４Ｂが設けられている。即ち、第２燃料タンク１２３Ｂと燃料供給管１２５とが燃料供給管１２７により連結され、この燃料供給管１２７に燃料ポンプ１２６Ｂ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１２３Ｂ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。
【００５０】
従って、燃料ポンプ１２６Ｂ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１２３Ｂ内の良質な燃料が加圧された後、燃料供給管１２７を通して燃料供給管２５に供給することができる。
【００５１】
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１２５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１０Ａを設け、第１のラマン散乱光１５Ａの計測結果をデータ処理手段２３で処理し、この検出結果に基づいて燃料判定手段５１で燃料の良否を判定し、制御装置５２によりディーゼルエンジンを制御するようにしている。
【００５２】
ここで、制御装置４２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１２３Ｂ内にある良質な燃料を燃料供給管１２５に供給し、高圧インジェクタ１２０が良質な重油が混合した重油を燃焼室１０５に噴射する。すると、エンジン本体１０１の燃焼室１０５にて、ピストン１０４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１０３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。
【００５３】
なお、第２燃料タンク１２３Ｂにある良質な燃料を燃料供給管１２５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１２３Ａ内の良質でない燃料量、第２燃料タンク１２３Ｂ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１２３Ａ，１２３Ｂ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１２３Ｂ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。
【００５４】
従って、制御装置４２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１２３Ｂの良質な重油を燃料供給管１２５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。
【００５５】
このように、本実施例によれば、燃料中の粗悪物質を、その燃焼排ガスにより間接的にオンライン分析できるので、燃料の良否を常に監視することができる。
これにより精度良く粗悪物質の総量の把握が可能となる。
【００５６】
このように、ディーゼルエンジン運転中において、常に正確な粒子状物質の濃度を計測することで、燃料噴射圧、過給圧の変化に応じて、実際にどれくらいの粒子状物資（ＰＭ）が排出されたかどうかの確認をオンラインで行うことができる。
また、ラマン散乱分析は、図５に示すように、Ｎ2、ＣＯ2、Ｏ2、Ｈ2Ｏも同時に検出できるので、リアルタイムでＯ2、ＣＯ2濃度もトレースできる。
【００５７】
この計測には、吸気管においてもレーザ装置と第２の光検出器とからなるレーザ分析装置を設置することで、排出ガスの組成をリアルタイムで確認することができるため、例えばＥＧＲシステムに適用することで、ＥＧＲの吸気中のガス組成（Ｏ2、ＣＯ2、Ｎ2）をリアルタイムに把握することにより、そのガス組成に応じたエンジン制御を行うことができる。
【００５８】
例えば排ガス中の粒子状物質の濃度が閾値を超えたときに、粒子状物質をフィルタにより除き、その排ガスをＥＧＲシステムのエンジン吸気用として用いるように制御することができる。また、例えば酸素濃度が低い場合には、それに応じて着火タイミングを早める等の制御を行うことができる。
【実施例２】
【００５９】
図３は、実施例２に係るレーザ分析装置の概略図である。
図３に示すように、レーザ分析装置１０Ｂは、基本レーザ光（１０６４ｎｍ）１１Ａを発振するレーザ照射装置１３と、発振された基本レーザ光１１Ａを５３２ｎｍの第２高調波の第１の波長変換レーザ光１１Ｂに波長変換する第１の波長変換部１２Ａと、基本レーザ光（１０６４ｎｍ）１１Ａを第１の波長変換部１２Ａの後流側に迂回させる迂回光路３１と、１０６４ｎｍの基本レーザ光１１Ａと５３２ｎｍの第１波長変換レーザ光１１Ｂとの合波光１１Ｃを、第３高調波（３５５ｎｍ）の第２の波長変換レーザ光１１Ｄに波長変換する第２の波長変換部１２Ｂと、３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄを導入し、排ガス２０１に照射して第２のラマン散乱光１５Ｂを発生させる測定領域１３と、発生した第２のラマン散乱光１５Ｂを計測するラマン散乱光検出器１８とを具備し、波長３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄの計測結果により、排ガス２０１のガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス２０１中の粒子状物質及び炭化水素（ＨＣ）濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求めるようにしたものである。
ここで、符号２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは反射ミラーであり、第１の波長変換部１２Ａを迂回する迂回光路を形成している。
【００６０】
実施例２では、１０６４ｎｍの基本レーザ光１１Ａと５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂとを合波させて合波光１１Ｃとし、この合波光１１Ｃを第２の波長変換部１２Ｂにより３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄとし、この第２の波長変換レーザ光１１Ｄを用いて、３５５ｎｍ以下の波長をカットしてラマン散乱光検出器１８で検出することで、ガス組成と、粒子状物質濃度（ミー散乱光）とＨＣ（蛍光）濃度とを併せたものを計測できる。
【００６１】
図６がその結果を示すチャートである。ここで、図６中、ベースラインが粒子状物質濃度（ミー散乱光）と炭化水素（ＨＣ）濃度（蛍光）とを併せたものである。
【００６２】
一般にはベースラインは静電ノイズや迷光などのノイズ情報でしかないが、３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄを用いる場合には、このベースラインの情報には粒子状物質に起因するミー散乱光と炭化水素に起因する蛍光とが含まれているので、粒子状物質濃度情報及び炭化水素濃度情報として価値がある。
【００６３】
本発明では、波長としてＹＡＧレーザ光の第３高調波である３５５ｎｍを用いているが、本発明はこれに限定されず、４００ｎｍ以下の蛍光を発生させるレーザ光を用いるのが好ましい。
【実施例３】
【００６４】
図４は、実施例３に係るレーザ分析装置の概略図である。
図４に示すように、レーザ分析装置１０Ｃは、基本レーザ光（１０６４ｎｍ）１１Ａを発振するレーザ照射装置１３と、発振された基本レーザ光１１Ａを５３２ｎｍの第２高調波の第１の波長変換レーザ光１１Ｂに波長変換する第１の波長変換部１２Ａと、基本レーザ光（１０６４ｎｍ）１１Ａを第１の波長変換部１２Ａの後流側に迂回させる迂回光路３１と、１０６４ｎｍの基本レーザ光１１Ａと５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂとの合波光１１Ｃを、第３高調波（３５５ｎｍ）の第２の波長変換レーザ光１１Ｄに波長変換する第２の波長変換部１２Ｂと、５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂと、３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄとを時間遅れで導入し、排ガス２０１に照射して第１及び第２のラマン散乱光１５Ａ、１５Ｂを発生させる測定領域１４と、発生した第１及び第２のラマン散乱光１５Ａ、１５Ｂを計測するラマン散乱光検出器１８とを具備し、波長５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂの計測結果により、排ガス２０１のガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス２０１中の粒子状物質濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求め、且つ波長３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄの計測結果により、排ガス２０１のガス組成をラマン散乱光のピーク信号スペクトルより求めると共に、排ガス２０１中の粒子状物質及び炭化水素（ＨＣ）濃度をそのピーク信号スペクトルを除いたベースラインより求め、両者の差分から粒子状物質濃度を推定するようにしたものである。なお、図４中、符号２２ａ、２２ｂは集光レンズ、２１ｅ〜２１ｇは反射ミラーを図示する。
【００６５】
ここで、両者の差分から粒子状物質濃度を推定する工程を説明する。
図７−１は、波長５３２ｎｍにおけるミー散乱光強度と粒子状物質濃度との関係の検量線である。図７−２は、波長３５５ｎｍにおけるミー散乱光強度と粒子状物質濃度との関係の検量線である。
【００６６】
工程１）  実施例３では、実施例１と実施例２とを組合せた構成であり、波長５３２ｎｍの第１の波長変換レーザ光１１Ｂの計測結果により、計測値（例えば１．８Ａ．Ｕ）から粒子状物質濃度（１．０ｍｇ／ｍ３Ｎ）を、第１の検量線（図７−１）により求める。
工程２）  次に、波長３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄの計測結果により、粒子状物質濃度（１．０ｍｇ／ｍ３Ｎ）から、ミー散乱光強度（例えば１５Ａ．Ｕ）を、第２の検量線（図７−２）により求める。
工程３）  そして、波長３５５ｎｍの第２の波長変換レーザ光１１Ｄでの実際の計測値から、工程２により求めたミー散乱光強度（例えば１５Ａ．Ｕ）を除して、炭化水素（ＨＣ）の濃度を求める。
【００６７】
ここで、炭化水素（ＨＣ）は、アントラセンやナフタレン誘導体といった多環芳香族炭化水素（ＰＡＨ）の集合物であり、その濃度の傾向によりエンジンの燃焼状況を予測することができる。
さらには、特定のＨＣ（例えばアントラセンやナフタレン誘導体等）に対して、予め検量線を作成しておき、その検量線にＨＣ濃度を当てはめて、おおよそのアントラセンやナフタレン誘導体等の濃度を求めるようにしてもよい。
【００６８】
実施例３のレーザ分析装置１０Ｃにより、粒子状物質と炭化水素の濃度を確認することができる。
図９は、粒子状物質（ＰＭ）及び炭化水素（ＨＣ）の計測結果を表すグラフである。
【００６９】
図９に示すように、時間の経過と共に、粒子状物質（ＰＭ）及び炭化水素（ＨＣ）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。
【００７０】
そして、分析の結果、燃料中の粗悪成分に起因して燃焼不良となり、排ガス中の粒子状物質及び炭化水素の量（総量）が閾値を超えていると判断した際には、燃料を切り替える指令を制御装置４２により行う。
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。
【実施例４】
【００７１】
図８は、実施例４に係る分析装置の概略図である。
図８に示すように、本実施例に係る分析装置１０Ｄは、紫外線又は可視光の照射光５２を照射する光源５１と、排ガス２０１を導入すると共に、照射光５２を排ガスに照射し、その散乱光を検出する第１の検出器５５を備えた第１の測定部５３と、第１の測定部５３の後流側にダストフィルタ５６を介して設けられ、紫外線を照射し、その蛍光を検出する第２の検出器５８備えた第２の測定部５７とを具備するものである。
本実施例では、第１の検出器５５でミー散乱光を検出し、その後ダストフィルタ５６で粒子状物質を除去し、紫外線を照射することで炭化水素（ＨＣ）由来の蛍光を発生させ、炭化水素（ＨＣ）類を検出している。
【００７２】
そして、第１の検出器５５で検出したミー散乱光から求めた粒子物質及び炭化水素（ＨＣ）の濃度より、第２の検出器５７で検出した蛍光からの求めた炭化水素（ＨＣ）の濃度を引くことにより、排ガス中の粒子状物質の濃度を簡易に求めることができる。
【００７３】
図８に示す分析装置１０Ｄを用いて測定してデータ処理手段２３で処理し、粒子状物質濃度を計測した結果、燃料判定手段４１により燃焼排ガスから燃料中の粗悪成分の含有量が高いと判断した際には、実施例１と同様にして、その状況に応じた制御指令を制御装置４２により行う。
【００７４】
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。
【００７５】
以上、本発明によれば、ガス中の粒子状物質の濃度やガス成分計測装置を備えたエンジンシステムを用いることにより、舶用ディーゼルエンジンの運転中において、オンラインで排ガス中の粒子状物質や炭化水素の濃度計測ができ、エンジンの不完全燃焼に対しての適切な予防対策（点火タイミングの変更、燃料混合比率の変更、フィルタ等の切替え等）を講じることができる。
【符号の説明】
【００７６】
１０１  エンジン本体
１０５  燃焼室
１２０  高圧インジェクタ
１２３Ａ  第１燃料タンク
１２３Ｂ  第２燃料タンク
１２４Ａ  第１燃料供給系
１２４Ｂ  第２燃料供給系
１２５  燃料供給管
５２  制御装置
１０Ａ〜１０Ｃ  レーザ分析装置
１０Ｄ〜１０Ｄ  分析装置
【図１】
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【図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７−１】
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【図７−２】
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【図８】
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【図９】
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