JP2012168132A - Engine system with apparatus for measuring gas component in waste gas - Google Patents

Engine system with apparatus for measuring gas component in waste gas Download PDF

Info

Publication number
JP2012168132A
JP2012168132A JP2011031453A JP2011031453A JP2012168132A JP 2012168132 A JP2012168132 A JP 2012168132A JP 2011031453 A JP2011031453 A JP 2011031453A JP 2011031453 A JP2011031453 A JP 2011031453A JP 2012168132 A JP2012168132 A JP 2012168132A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
measured
laser light
engine
gas component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2011031453A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hirokazu Akagawa
裕和 赤川
Akihiro Yunoki
晃広 柚木
Chisato Tsukahara
千幸人 塚原
Shinsaku Dobashi
晋作 土橋
Masazumi Taura
昌純 田浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2011031453A priority Critical patent/JP2012168132A/en
Publication of JP2012168132A publication Critical patent/JP2012168132A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an engine system including an apparatus for measuring a gas component in a waste gas.SOLUTION: An engine system 200A including an apparatus for measuring a gas component in a waste gas includes a diesel engine 100, an exhaust pipe 202 which exhausts a waste gas 201 from the diesel engine 100, and a gas component measuring apparatus 10A (10B) which measures the concentration of particular material (particular material (PM) or the like) of the waste gas 201 in the exhaust pipe 202. During the operation of the diesel engine, the waste gas nature is measured, thereby accurately controlling e.g., fuel jet pressure and jet timing.

Description

本発明は、例えばディーゼルエンジンやガスエンジン等からの排ガス性状をオンラインで計測することができる排ガス中のガス成分計測装置を備えたエンジンシステムに関する。   The present invention relates to an engine system including a gas component measurement device in exhaust gas that can measure the exhaust gas properties from, for example, a diesel engine or a gas engine online.

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)。   Conventionally, it is known to measure the concentration of dust (particulate matter) component in fuel gas by Mie scattered light by laser irradiation (see Patent Documents 1 and 2).

特開2005−24249号公報JP 2005-24249 A 特開2005−24250号公報JP 2005-24250 A

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り、レーザラマン散乱分析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。
By the way, in order to obtain the particulate matter concentration with a conventional laser device, an original operation of measuring Mie scattered light is required, and a measuring device different from the laser Raman scattering analysis is required.
However, an independent apparatus configuration becomes large, and establishment of an analysis method capable of simultaneously performing a compact gas component analysis and a particulate matter concentration analysis is desired.
In particular, if a plurality of analyzes (gas composition, particulate matter concentration, hydrocarbon concentration) can be realized by using only a single detection means, the number of parts in the device can be reduced, and a compact analyzer can be achieved. It can be provided. That is, when a plurality of analyzers are used, there is a problem that maintenance of each device is required, and costs and labor are required.

特に、航行中の船舶のディーゼルエ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。   In particular, when trouble occurs due to carbon-derived particulate matter (PM (Particulate Matter)) in exhaust gas derived from incomplete combustion of a diesel engine of a ship being navigated, analysis during navigation However, it takes a long time for the analysis results to come out, and a lot of loss is incurred until the countermeasures are implemented. The emergence of simple and quick measuring devices is required.

特に、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、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が切望されている。   In particular, in recent years, crude fuel has been used to reduce the running cost of diesel engines, while exhaust gas regulations have become stricter year by year, not only suppressing emission of particulate matter, In particular, establishment of a simple analytical method for reducing polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) is desired.

本発明は、前記問題に鑑み、ガス中の粒子状物質や炭化水素を計測することが可能な排ガス中のガス成分計測装置を備えたエンジンシステムを提供することを課題とする。   This invention makes it a subject to provide the engine system provided with the gas component measuring device in waste gas which can measure the particulate matter and hydrocarbon in gas in view of the said problem.

上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、エンジンと、前記エンジンからの排ガスを排出する排気管と、前記排気管中の排ガスにレーザ光を照射するレーザ装置とを具備してなり、前記レーザ装置が、レーザ照射装置から発振された基本レーザ光を第1のレーザ光に波長変換する第1の波長変換部と、前記基本レーザ光を波長変換し、第2のレーザ光とする第2の波長変換部と、第1及び第2のレーザ光を導入して、被測定ガス中のガス成分に照射するするガス測定部と、照射される第1のレーザ光及び第2のレーザ光により高い準位に励起された励起分子が低い準位に電子的に緩和する際、その準位が下がるときに発生する自然放射増幅光(Amplified Spontaneous Emission:ASE)を計測する光検出器と、前記被測定ガス中に存在する油分由来のハイドロカーボンが発生する蛍光を計測する蛍光検出部とを具備することを特徴とする排ガス中のガス成分計測装置を備えたエンジンシステムにある。   A first invention of the present invention for solving the above-described problem includes an engine, an exhaust pipe that exhausts exhaust gas from the engine, and a laser device that irradiates the exhaust gas in the exhaust pipe with laser light. A first wavelength converter that converts the wavelength of the basic laser beam oscillated from the laser irradiation device into a first laser beam; and a wavelength converter that converts the wavelength of the basic laser beam into a second laser beam. A second wavelength conversion unit, a gas measurement unit that introduces the first and second laser beams to irradiate the gas component in the gas to be measured, and the first laser beam and the second laser beam to be irradiated Detection to measure amplified spontaneous emission (ASE) generated when an excited molecule excited to a high level by a laser beam is electronically relaxed to a low level. And in the gas to be measured In an engine system having a gas component measuring apparatus in the exhaust gas, characterized by comprising a fluorescence detector for measuring fluorescence hydrocarbon-derived oil occurs.

第2の発明は、第1の発明において、被測定ガスのガス成分が発する蛍光の相対強度より、被測定ガスのガス温度を計測することを特徴とする排ガス中のガス成分計測装置を備えたエンジンシステムにある。   According to a second invention, there is provided a gas component measuring device in exhaust gas, wherein the gas temperature of the gas to be measured is measured from the relative intensity of fluorescence emitted from the gas component of the gas to be measured in the first invention. In the engine system.

第3の発明は、第1又は2の発明において、第1のレーザ光又は第2のレーザ光のいずれかを用いて、被測定ガス中に存在する煤塵が発するミー散乱光を計測する煤塵検出部を具備することを特徴とする排ガス中のガス成分計測装置を備えたエンジンシステムにある。   3rd invention WHEREIN: Soot detection which measures the Mie scattered light which the soot which exists in to-be-measured gas emits using either 1st laser beam or 2nd laser beam in 1st or 2nd invention An engine system comprising a gas component measuring device in exhaust gas, characterized by comprising a section.

本発明によれば、例えばディーゼルエンジンやガスエンジン等からの排ガス性状を一台の装置で計測することで、エンジン運転状況を迅速に把握することができ、エンジン運転状況を良好に保つための、適切な予防策を講じることができる。   According to the present invention, for example, by measuring the exhaust gas properties from a diesel engine, a gas engine or the like with a single device, it is possible to quickly grasp the engine operating status, and to keep the engine operating status favorable, Appropriate precautions can be taken.

図1は、ディーゼルエンジンを模式的に示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a diesel engine. 図2は、1つの気筒を模式的に示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing one cylinder. 図3−1は、本発明に係る排ガス中のガス成分計測装置を備えたエンジンシステムの概略図である。FIG. 3A is a schematic diagram of an engine system including a gas component measuring device in exhaust gas according to the present invention. 図3−2は、本発明に係る排ガス中のガス成分計測装置を備えたエンジンシステムの概略図である。FIG. 3-2 is a schematic diagram of an engine system including a gas component measuring device in exhaust gas according to the present invention. 図3−3は、本発明に係る排ガス中のガス成分計測装置を備えたエンジンシステムの概略図である。FIG. 3-3 is a schematic diagram of an engine system including a gas component measuring device in exhaust gas according to the present invention. 図4は、実施例1に係るガス成分計測装置の概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram of the gas component measuring apparatus according to the first embodiment. 図5は、NOのエネルギー準位の模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram of the energy level of NO. 図6は、COのエネルギー準位の模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram of the energy level of CO. 図7は、実施例2に係るガス成分計測装置の概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram of a gas component measuring apparatus according to the second embodiment. 図8は、NOガスの蛍光の信号強度と、回転量子数(J)との関係図である。FIG. 8 is a graph showing the relationship between the fluorescence intensity of NO gas and the rotational quantum number (J). 図9は、温度300Kと1250Kにおける「A2Σ+←X2Π(0,0)」遷移におけるP12枝におけるポンプ光のエネルギーのLIF励起スペクトル強度図である。Figure 9 is a LIF excitation spectrum intensity diagram of the energy of the pump light in the P 12 branches in transition "A 2 Σ + ← X2Π (0,0 ) " at a temperature of 300K and 1250K. 図10は、実施例3に係るガス成分計測装置の概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram of a gas component measuring apparatus according to the third embodiment. 図11は、実施例3に係る他のガス成分計測装置の概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram of another gas component measuring apparatus according to the third embodiment. 図12は、排ガス中の性状を計測してその対策を実施するフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart for measuring the property in the exhaust gas and implementing the countermeasure.

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。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same.

図1は、ディーゼルエンジンを模式的に示す説明図である。図2は、1つの気筒を模式的に示す説明図である。
図1に示すように、本実施例のディーゼルエンジン100は、1つ以上(本実施例では9つ)の気筒120と、過給機111と、空気冷却器112と、排気集合管113とを含む。まずは図2を用いて1つの気筒120の基本的な構成を説明する。なお、以下では、気筒120の一例としてレシプロ型のものを説明するが、気筒120はロータリー型のものでもよい。図2に示すように、気筒120は、シリンダ121と、ピストン122と、クランク軸123と、クランク室123aと、コネクティングロッド124と、シリンダヘッド125と、燃焼室125aと、吸気ポート126aと、吸気バルブ126と、排気ポート127aと、排気バルブ127と、インジェクター128と、オイルパン129とを含む。
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a diesel engine. FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing one cylinder.
As shown in FIG. 1, the diesel engine 100 of the present embodiment includes one or more (9 in this embodiment) cylinders 120, a supercharger 111, an air cooler 112, and an exhaust collecting pipe 113. Including. First, a basic configuration of one cylinder 120 will be described with reference to FIG. In the following, a reciprocating type is described as an example of the cylinder 120, but the cylinder 120 may be a rotary type. As shown in FIG. 2, the cylinder 120 includes a cylinder 121, a piston 122, a crankshaft 123, a crank chamber 123a, a connecting rod 124, a cylinder head 125, a combustion chamber 125a, an intake port 126a, and an intake air. A valve 126, an exhaust port 127a, an exhaust valve 127, an injector 128, and an oil pan 129 are included.

シリンダ121は、筒状の部材である。ピストン122は、シリンダ121の中空部に設けられる。ピストン122は、シリンダ121の中心軸方向に移動できるように設けられる。クランク軸123は、回転できるようにクランク室123aに設けられる。クランク室123aは、シリンダ121の中心軸方向の一方側に設けられる。クランク軸123は、ピストン122の往復運動を回転運動に変換する。コネクティングロッド124は、ピストン122とクランク軸123とを連結する。   The cylinder 121 is a cylindrical member. The piston 122 is provided in the hollow portion of the cylinder 121. The piston 122 is provided so as to be movable in the central axis direction of the cylinder 121. The crankshaft 123 is provided in the crank chamber 123a so that it can rotate. The crank chamber 123 a is provided on one side of the cylinder 121 in the central axis direction. The crankshaft 123 converts the reciprocating motion of the piston 122 into rotational motion. The connecting rod 124 connects the piston 122 and the crankshaft 123.

シリンダヘッド125は、シリンダ121の中心軸方向の他方側(クランク室123aとは反対側)に設けられる。燃焼室125aは、ピストン122と、シリンダヘッド125とで囲まれる空間である。   The cylinder head 125 is provided on the other side of the cylinder 121 in the central axis direction (the side opposite to the crank chamber 123a). The combustion chamber 125 a is a space surrounded by the piston 122 and the cylinder head 125.

吸気ポート126a及び排気ポート127aは、気筒120の外部と燃焼室125aとを連通する。吸気バルブ126は、吸気ポート126aに設けられる。吸気バルブ126は、吸気ポート126aを介して気筒120の外部と燃焼室125aとの間での空気の流動を調節する。排気バルブ127は、排気ポート127aに設けられる。排気バルブ127は、排気ポート127aを介して気筒120の外部と燃焼室125aとの間での空気の流動を調節する。   The intake port 126a and the exhaust port 127a communicate the outside of the cylinder 120 and the combustion chamber 125a. The intake valve 126 is provided in the intake port 126a. The intake valve 126 adjusts the flow of air between the outside of the cylinder 120 and the combustion chamber 125a via the intake port 126a. The exhaust valve 127 is provided in the exhaust port 127a. The exhaust valve 127 adjusts the flow of air between the outside of the cylinder 120 and the combustion chamber 125a via the exhaust port 127a.

インジェクター128は、図1に示す燃料噴射ポンプ128aと接続される。燃料噴射ポンプ128aは、燃料供給装置130からのエマルジョン燃料を加圧し、インジェクター128にエマルジョン燃料を導く。インジェクター128は、例えば燃焼室125aに噴出口が突出して設けられる。インジェクター128は、燃焼噴射ポンプ128aから導かれたエマルジョン燃料を燃焼室125aに導く。エマルジョン燃料は、軽油や重油などの燃料に水が混合したものである。なお、インジェクター128は、吸気ポート126aに噴出口が突出して設けられてもよい。オイルパン129は、クランク室123aに設けられる。オイルパン129は、潤滑油131を溜める。   The injector 128 is connected to the fuel injection pump 128a shown in FIG. The fuel injection pump 128 a pressurizes the emulsion fuel from the fuel supply device 130 and guides the emulsion fuel to the injector 128. The injector 128 is provided with, for example, a jet port protruding from the combustion chamber 125a. The injector 128 guides the emulsion fuel guided from the combustion injection pump 128a to the combustion chamber 125a. Emulsion fuel is a mixture of water and fuel such as light oil and heavy oil. The injector 128 may be provided with a jet port protruding from the intake port 126a. The oil pan 129 is provided in the crank chamber 123a. Oil pan 129 stores lubricating oil 131.

上記構成の気筒120は、吸気、圧縮、膨張、排気の1サイクルを繰り返し行う。これにより、気筒120は、ピストン122が往復運動し、クランク軸123が回転する。なお、気筒120は、4ストロークで1サイクルを行うものでもよいし、2ストロークで1サイクルを行うものでもよい。   The cylinder 120 configured as described above repeatedly performs one cycle of intake, compression, expansion, and exhaust. Thereby, in the cylinder 120, the piston 122 reciprocates and the crankshaft 123 rotates. The cylinder 120 may perform one cycle with four strokes, or may perform one cycle with two strokes.

ディーゼルエンジン100についての説明に戻る。
過給機111は、空気を加圧する。過給機111は、図2に示す排気ポート127aから排出された排気ガスのエネルギーを得て空気を加圧する、いわゆるターボチャージャーである。なお、過給機111は、クランク軸123の回転力を得て空気を加圧する、いわゆるスーパーチャージャーでもよい。空気冷却器112は、過給機111から導かれた空気を冷却する。排気集合管113は、各気筒120の排気ポート127aと連通する。本実施例では、各気筒120の排気ポート127aから排出された排気ガスは排気集合管113を介して過給機111に導かれる。
Returning to the description of the diesel engine 100.
The supercharger 111 pressurizes air. The supercharger 111 is a so-called turbocharger that pressurizes air by obtaining energy of exhaust gas discharged from the exhaust port 127a shown in FIG. The supercharger 111 may be a so-called supercharger that obtains the rotational force of the crankshaft 123 and pressurizes the air. The air cooler 112 cools the air guided from the supercharger 111. The exhaust collecting pipe 113 communicates with the exhaust port 127a of each cylinder 120. In the present embodiment, the exhaust gas discharged from the exhaust port 127 a of each cylinder 120 is guided to the supercharger 111 through the exhaust collecting pipe 113.

ここで、図1に示すクランク軸123は、各気筒120で共通の部材である。上記構成により、各気筒120が稼動することにより、ディーゼルエンジン100はクランク軸123を回転させる。なお、本実施例では、ディーゼルエンジン100が過給機111を含むものとして説明したが、ディーゼルエンジン100は、過給機111を含まなくてもよい。すなわち、ディーゼルエンジン100は、自然吸気型の内燃機関でもよい。この場合、ディーゼルエンジン100は、空気冷却器112を含まなくてもよい。   Here, the crankshaft 123 shown in FIG. 1 is a member common to each cylinder 120. With the above configuration, when each cylinder 120 is operated, the diesel engine 100 rotates the crankshaft 123. In the present embodiment, the diesel engine 100 has been described as including the supercharger 111, but the diesel engine 100 may not include the supercharger 111. That is, the diesel engine 100 may be a naturally aspirated internal combustion engine. In this case, the diesel engine 100 may not include the air cooler 112.

次に、排ガス中のガス成分計測装置を備えたエンジンシステムについて詳細に説明する。   Next, an engine system provided with a gas component measuring device in exhaust gas will be described in detail.

図3−1〜図3−3は、本発明に係る排ガス中のガス成分計測装置を備えたエンジンシステムの概略図を示す。
図3−1〜図3−3に示すように、排ガス中のガス成分計測装置を備えたディーゼルエンジンシステム200A〜200Cは、ディーゼルエンジン100と、前記ディーゼルエンジン100からの排ガス201を排出する排気管202と、前記排気管202中の排ガス201の性状を計測するガス成分計測装置10A(10B)とを具備するものである。
FIGS. 3-1 to 3-3 show schematic views of an engine system provided with a gas component measuring device in exhaust gas according to the present invention.
As shown in FIGS. 3-1 to 3-3, diesel engine systems 200 </ b> A to 200 </ b> C equipped with a gas component measuring device in exhaust gas are a diesel engine 100 and an exhaust pipe that discharges exhaust gas 201 from the diesel engine 100. 202 and a gas component measuring device 10A (10B) that measures the properties of the exhaust gas 201 in the exhaust pipe 202.

先ず、図3−1に示すディーゼルエンジンシステム200Aにおけるディーゼルエンジン100には、吸入空気を過給するための過給機111を備えており、該過給機111は、排気管202に介装されたタービン111aと、吸気管203に介装された圧縮器111bとを有している。なお、符号220は電磁式高圧噴射システムのコモンレール式燃料噴射システム(CRS)、221はスロットルバルブを図示する。   First, the diesel engine 100 in the diesel engine system 200A shown in FIG. 3A includes a supercharger 111 for supercharging intake air. The supercharger 111 is interposed in an exhaust pipe 202. A turbine 111a, and a compressor 111b interposed in the intake pipe 203. Reference numeral 220 denotes a common rail fuel injection system (CRS) of an electromagnetic high pressure injection system, and 221 denotes a throttle valve.

図3−2に示すディーゼルエンジンシステム200Bにおけるディーゼルエンジン100には、さらに、上記タービン111aより上流側の排気管202と上記圧縮器111bより下流側の吸気管203とを連絡する排気ガス環流装置(以下「EGR」という)のEGR通路210を具備している。EGR通路210にはEGRバルブ211が介装されている。このEGRバルブ211の開度を制御することで、EGR率を調整している。なお、符号212はEGRクーラーを図示する。   The diesel engine 100 in the diesel engine system 200B shown in FIG. 3-2 further includes an exhaust gas recirculation device (an exhaust gas recirculation device) that communicates an exhaust pipe 202 upstream of the turbine 111a and an intake pipe 203 downstream of the compressor 111b. (Hereinafter referred to as “EGR”). An EGR valve 211 is interposed in the EGR passage 210. The EGR rate is adjusted by controlling the opening degree of the EGR valve 211. Reference numeral 212 denotes an EGR cooler.

図3−3に示すディーゼルエンジンシステム200Cにおけるエンジン100には、さらに、排気管202には、ディーゼルパティキュレートフィルタ(以下、「DPF」という。)230が介装されており、通常はこのDPF230を迂回して排ガス201が外部に排気されている。   The diesel engine system 200C shown in FIG. 3C further includes a diesel particulate filter (hereinafter referred to as “DPF”) 230 in the exhaust pipe 202. The exhaust gas 201 is exhausted outside by detour.

図4は、本実施例に係るガス成分計測装置10Aの概略図である。図4に示すように、本実施例に係るガス成分計測装置10Aは、煙道15中の被測定ガス11に対して照射される基本レーザ光(なお、実線は光軸を示す)22により高い準位に励起された励起分子が低い準位に電子的に緩和する際、準位が下がるときに発生する自然放射増幅光(Amplified Spontaneous Emission:ASE)から被測定ガス11中のガス成分を計測するものである。   FIG. 4 is a schematic diagram of a gas component measuring apparatus 10A according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, the gas component measuring apparatus 10 </ b> A according to the present embodiment is higher than the basic laser light 22 irradiated to the gas 11 to be measured in the flue 15 (the solid line indicates the optical axis) 22. When an excited molecule excited to a level is electronically relaxed to a lower level, the gas component in the measured gas 11 is measured from amplified spontaneous emission (ASE) generated when the level is lowered. To do.

具体的な装置構成としては、図4に示すように、本実施例に係るガス成分計測装置10Aは、レーザ装置21から発振された基本レーザ光(1064nm)22を第1のレーザ光(波長:226nm)22−1に波長変換する第1の波長変換部23と、発振された基本レーザ光22を波長変換し、第2のレーザ光(波長:600nm)22−2とする第2の波長変換部24と、第1のレーザ光22−1及び第2のレーザ光22−2の合波レーザ光22−3を導入して、被測定ガス11中のガス成分に照射するガス測定部25と、照射される合波レーザ光22−3(第1のレーザ光22−1及び第2のレーザ光22−2)により、高い準位(E準位)に励起された励起分子が低い準位(C準位)に電子的に緩和する際、その準位が下がるときに発生する自然放射増幅光(Amplified Spontaneous Emission:以下「ASE」という)14を計測する光検出器(例えばフォトダイオード、MCTディテクタ等)26と、被測定ガス11中の成分が発する蛍光50を計測する蛍光検出部51とを具備するものである。
図4中、符号15a、15bはレーザ光の透過する石英窓、29は分光器、31は集光レンズ、33は光フィルタ、34a〜34dはミラーを各々図示する。
As a specific apparatus configuration, as shown in FIG. 4, the gas component measuring apparatus 10 </ b> A according to the present embodiment uses the basic laser light (1064 nm) 22 oscillated from the laser apparatus 21 as the first laser light (wavelength: 226 nm) a first wavelength conversion unit 23 that converts the wavelength to 22-1, and a second wavelength conversion that converts the wavelength of the oscillated basic laser light 22 into a second laser light (wavelength: 600 nm) 22-2. A gas measuring unit 25 that introduces the combined laser beam 22-3 of the first laser beam 22-1 and the second laser beam 22-2 and irradiates the gas component in the measured gas 11; The excited molecules excited to a high level (E level) by the irradiated combined laser beam 22-3 (the first laser beam 22-1 and the second laser beam 22-2) have a low level. When electronically relaxing to (C level), when that level falls A photodetector (for example, a photodiode, an MCT detector, etc.) 26 that measures the amplified spontaneous emission light (Amplified Spontaneous Emission: hereinafter referred to as “ASE”) 14 and a fluorescence 50 emitted from a component in the gas 11 to be measured are measured. And a fluorescence detection unit 51.
In FIG. 4, reference numerals 15a and 15b denote quartz windows through which laser light passes, 29 denotes a spectroscope, 31 denotes a condenser lens, 33 denotes an optical filter, and 34a to 34d denote mirrors.

本発明のガス成分計測装置は、ASEの発光する原理を用いており、従来のような吸収分析と異なるので、被測定ガス11のガス吸収光強度低下の影響がなくなるものとなる。   The gas component measuring apparatus according to the present invention uses the principle of ASE emission and is different from the conventional absorption analysis. Therefore, the gas absorption light intensity of the measurement gas 11 is not affected.

次に、図5に示すNOのエネルギー準位の模式図を参照してASEの発光原理を説明する。
被測定ガス中の例えば一酸化窒素(NO)にレーザ光を照射して、電子的に励起させると、図5に示すように、基底状態(X)から、励起状態に励起(X準位→A準位→E準位)する。
Next, the light emission principle of ASE will be described with reference to a schematic diagram of the energy level of NO shown in FIG.
When, for example, nitric oxide (NO) in the measurement gas is irradiated with laser light and excited electronically, as shown in FIG. 5, the ground state (X) is excited (X level → A level → E level).

具体的には第1のレーザ光(226nm)22−1の励起波長ではX準位からA準位に励起され、次いで第2のレーザ光(600nm)22−2の励起波長ではA準位からE準位に励起される。
このとき、E準位の分子の数がC準位の分子の数よりも多い場合に、反転分布状態となり、E準位からC準位に自然放出され、これがきっかけとなり、E準位からC準位の誘導放出である1170〜1184nmの自然放射増幅光(ASE)が発生する。
Specifically, it is excited from the X level to the A level at the excitation wavelength of the first laser beam (226 nm) 22-1 and then from the A level at the excitation wavelength of the second laser beam (600 nm) 22-2. Excited to E level.
At this time, when the number of molecules at the E level is larger than the number of molecules at the C level, an inversion distribution state occurs, and spontaneous emission from the E level to the C level occurs. Spontaneous radiation amplified light (ASE) of 1170 to 1184 nm, which is stimulated emission of the level, is generated.

被測定ガス中の計測対象のガス成分としては、一酸化窒素(NO)以外に、例えば
一酸化炭素(CO)、水(H2O)、二酸化窒素(NO2)、メタン(CH4)、アンモニア、ベンゼン等を例示することができる。
As gas components to be measured in the gas to be measured, in addition to nitrogen monoxide (NO), for example, carbon monoxide (CO), water (H 2 O), nitrogen dioxide (NO 2 ), methane (CH 4 ), Ammonia, benzene and the like can be exemplified.

図6は一酸化炭素(CO)のエネルギー準位の模式図である。
図6に示すように、一酸化炭素(CO)では、基底状態から215nmの2光励起により、X準位からE準位に励起される。
FIG. 6 is a schematic diagram of energy levels of carbon monoxide (CO).
As shown in FIG. 6, carbon monoxide (CO) is excited from the X level to the E level by two-light excitation of 215 nm from the ground state.

このとき、E準位の分子の数がB準位の分子の数よりも多い場合に、反転分布状態となり、E準位からB準位に自然放出がされ、これがきっかけとなり、E準位からB準位の誘導放出である1.7μmの自然放射増幅光(ASE)が発生する。   At this time, when the number of molecules at the E level is larger than the number of molecules at the B level, an inversion distribution state occurs, and spontaneous emission from the E level to the B level occurs. A spontaneous emission amplified light (ASE) of 1.7 μm, which is stimulated emission of the B level, is generated.

また、ASEは、赤外領域(例えばNOの場合には、1170〜1184nm)の波長であるので、可視領域や紫外領域と異なり、光フィルタ33での分離が容易であり、計測精度が向上する。   Moreover, since ASE has a wavelength in the infrared region (for example, 1170 to 1184 nm in the case of NO), unlike the visible region and the ultraviolet region, separation with the optical filter 33 is easy, and measurement accuracy is improved. .

蛍光やラマン等の発光分析は等方発光であるので四方八方に光が拡がり、指向性が無いのに対し、ASEは指向性(基本レーザ光22の入射方向と出射方向との二方向のみASE14が発光する)があり、高感度での分離が可能となる。
よって、本実施例では、前記ガス測定部25に対してレーザ光が導入する光導入ラインと、発生したASE14を放出するレーザ光の進行方向と同方向の光放出ラインとを具備している。
Since luminescence analysis such as fluorescence and Raman is isotropic emission, light spreads in all directions and has no directivity, whereas ASE has directivity (ASE14 in only two directions of the incident direction and the outgoing direction of the basic laser beam 22). Can be separated with high sensitivity.
Therefore, in this embodiment, a light introduction line through which laser light is introduced into the gas measurement unit 25 and a light emission line in the same direction as the traveling direction of the laser light that emits the generated ASE 14 are provided.

この結果、産業設備における計測対象の配管長が長い場合や、ガス吸収量が大きい場合においても、ガス成分の濃度分析がオンラインで可能となる。
また、ASEは指向性のある光として発振するので、ASE発光成分を集光し易く、計測感度が高いものとなる。
さらに、ASEは赤外領域の光であるので、入射レーザ光(可視光線、紫外光)との分離が容易となり、シグナルノイズ比の高い検出が可能となる。
As a result, the concentration analysis of the gas component can be performed online even when the pipe length of the measurement target in the industrial facility is long or the gas absorption amount is large.
In addition, since ASE oscillates as directional light, the ASE light emission component is easily condensed and the measurement sensitivity is high.
Furthermore, since ASE is light in the infrared region, separation from incident laser light (visible light, ultraviolet light) is facilitated, and detection with a high signal-to-noise ratio is possible.

また、本実施例においては、ガス中に存在する油分由来のハイドロカーボン(HC)が発生する蛍光50を蛍光検出部51で計測している。
ここで、前記ハイドロカーボンの検出には蛍光検出部51において、波長300〜450nm(より好適には350〜400nm)以外の波長を除外する分光器を備え、ハイドロカーボン検出を良好としている。
これにより、ASE14の計測によるガス成分の計測と同時に、ガス中に存在するハイドロカーボン(HC)の分析も可能となる。
In this embodiment, the fluorescence detection unit 51 measures the fluorescence 50 generated by the hydrocarbon (HC) derived from oil present in the gas.
Here, the detection of the hydrocarbon is provided with a spectroscope that excludes wavelengths other than the wavelength of 300 to 450 nm (more preferably 350 to 400 nm) in the fluorescence detection unit 51 to improve the detection of the hydrocarbon.
Thereby, the analysis of hydrocarbon (HC) present in the gas can be performed simultaneously with the measurement of the gas component by the measurement of ASE14.

この結果、ガスプラント由来のガス成分以外の他の成分であるハイドロカーボン(HC)についても同時に計測することで、一度の計測で多面的な分析が可能となる。   As a result, it is possible to perform multi-faceted analysis with a single measurement by simultaneously measuring hydrocarbon (HC) which is a component other than the gas component derived from the gas plant.

この結果、排ガス中に含まれるハイドロカーボン量が多いような場合には、排ガス中の油分(特にタール成分)が多いと判断され、燃焼条件の見直しを行う制御を図示しない制御装置で行うようにしている。   As a result, when the amount of hydrocarbons contained in the exhaust gas is large, it is determined that there is a large amount of oil (particularly tar components) in the exhaust gas, and the control for reviewing the combustion conditions is performed by a control device (not shown). ing.

このような、図4に示すガス成分計測装置10Aを用い、例えばディーゼルエンジンやガスエンジン等からの排ガス中の性状を一台の装置で計測することで、エンジン運転状況を迅速に把握することができ、エンジン運転状況を良好に保つための、適切な予防策を講じることができる。   By using such a gas component measuring apparatus 10A shown in FIG. 4 and measuring the properties in the exhaust gas from, for example, a diesel engine or a gas engine with a single device, it is possible to quickly grasp the engine operating status. And appropriate precautions can be taken to keep the engine operating conditions in good condition.

次に、制御手段による粒子状物質の濃度計測及びその排出抑制対策の一例の制御について説明する。
図12は、排ガス中の性状を計測してその対策を実施するフローチャートである。
Next, the control of an example of the particulate matter concentration measurement by the control means and the emission suppression countermeasure will be described.
FIG. 12 is a flowchart for measuring the property in the exhaust gas and implementing the countermeasure.

まず、制御手段は、ガス成分計測装置10Aからの排ガス成分(HC、NO、CO等)濃度を取得する(ステップST1)。   First, the control means acquires the concentration of exhaust gas components (HC, NO, CO, etc.) from the gas component measuring device 10A (step ST1).

次に、取得した排ガス性状の濃度が所定の許容値(閾値)を超えていないかを判断する(ステップST2)。   Next, it is determined whether or not the acquired concentration of the exhaust gas property exceeds a predetermined allowable value (threshold value) (step ST2).

計測した濃度が許容値を超えていないと判断した場合(ステップST2:Yes)、本制御を終了し、引き続き、排ガス性状の計測を継続する。   When it is determined that the measured concentration does not exceed the allowable value (step ST2: Yes), the present control is terminated and the measurement of the exhaust gas property is continued.

これに対し、上記許容値を超えていると判断した場合(ステップST2:No)、エンジンの燃料噴射圧力、噴射タイミングの調整等を制御装置より指示する(ステップST3)。   On the other hand, when it is determined that the allowable value is exceeded (step ST2: No), adjustment of the fuel injection pressure and injection timing of the engine is instructed from the control device (step ST3).

このように、エンジン運転中において、排ガス性状をガス成分計測装置10Aにより成分濃度を計測することで、例えば電子制御燃料噴射系の噴射圧力、噴射タイミングの制御を適切に行うことができ、常に安定した燃料を行うことができる。
また、ASE分析では、蛍光の影響がないので、蛍光をNOで計測する際、HCの濃度が高い場合には、その影響が懸念されるが、ASEによりNOを分析することで、その影響がなく、的確な計測を実施することができる。すなわち、図5に示すように、NOのエネルギー準位を高めるために、226nmの紫外線で励起し、次いで600nmの可視光線で励起し、近赤外領域での自然放射増幅光(ASE)の発生であるので、蛍光の影響がないものとなる。
さらに、エンジン設備にスペースの制約があり、光学機器を全て設置できない場合には、指向性を有するASEの光検出器26については、計測箇所から離れた場所に設置することが可能となる。
In this way, during engine operation, the exhaust gas properties are measured by the gas component measuring device 10A to measure the component concentration, so that, for example, the injection pressure and injection timing of the electronically controlled fuel injection system can be appropriately controlled and always stable. Fuel can be done.
In ASE analysis, since there is no influence of fluorescence, when measuring the fluorescence with NO, if the concentration of HC is high, there is a concern about the influence. However, by analyzing NO by ASE, the influence is affected. Therefore, accurate measurement can be performed. That is, as shown in FIG. 5, in order to raise the energy level of NO, excitation with 226 nm ultraviolet light and then with 600 nm visible light generate spontaneously amplified amplified light (ASE) in the near infrared region. Therefore, there is no influence of fluorescence.
Furthermore, when there is a space limitation in the engine equipment and all the optical devices cannot be installed, the ASE photodetector 26 having directivity can be installed in a place away from the measurement location.

次に、実施例2において、本発明の他のガス成分計測装置について、図面を参照して説明する。
図7は、実施例2に係るガス成分計測装置の概略図である。図7に示すように、本実施例に係るガス成分計測装置10Aは、前記蛍光検出部51において、ガス成分中のNO由来の蛍光(NO)50Aを計測し、予め測定しておいた温度曲線に照らして、ガス中の温度計測を行うようにしている。
ここで、前記NO由来の蛍光(NO)50Aの検出には蛍光検出部51において、波長300nm以下の波長の光を透過するフィルタ(好適には250nm以下、例えば227nmのフィルタ等)を有する分光器を備え、NO由来の蛍光(NO)50Aの検出を良好としている。
これにより、ASE14の計測によるガス成分の計測と同時に、ガス中の温度を計測することが可能となる。
Next, in Example 2, another gas component measuring device of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 7 is a schematic diagram of a gas component measuring apparatus according to the second embodiment. As shown in FIG. 7, the gas component measuring apparatus 10 </ b> A according to the present embodiment measures the NO-derived fluorescence (NO) 50 </ b> A in the gas component in the fluorescence detection unit 51, and the temperature curve measured in advance. In light of the above, the temperature in the gas is measured.
Here, in order to detect the NO-derived fluorescence (NO) 50A, the fluorescence detector 51 has a filter (preferably a filter having a wavelength of 250 nm or less, for example, 227 nm) that transmits light having a wavelength of 300 nm or less. The detection of NO-derived fluorescence (NO) 50A is good.
Thereby, the temperature in the gas can be measured simultaneously with the measurement of the gas component by the measurement of ASE14.

図8はNOガスの蛍光の信号強度と、回転量子数(J)との関係図である。図8中、黒丸印は300Kにおける測定値であり、四角印は1250Kにおける測定値である。これらのプロットを結ぶ線は下記式(1)を用いたフィッテイングである。
このチャートは電子状態における基底状態から第一励起状態の電子励起振動回転スペクトルである。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the fluorescence intensity of NO gas and the rotational quantum number (J). In FIG. 8, black circles are measured values at 300K, and square marks are measured values at 1250K. The line connecting these plots is fitting using the following equation (1).
This chart is an electronic excitation vibration rotation spectrum from the ground state to the first excited state in the electronic state.

また、図9は温度300Kと1250Kにおける「A2Σ+←X2Π(0,0)」遷移におけるP12枝におけるポンプ光のエネルギーのLIF励起スペクトル強度(ポンプ光波長44060cm-1)の図である(波長226nm付近で挿引している)。 FIG. 9 is a diagram of the LIF excitation spectrum intensity (pump light wavelength 44060 cm −1 ) of the energy of the pump light in the P 12 branch in the “A 2 Σ + ← X 2 0 (0, 0)” transition at temperatures 300K and 1250K. (It is drawn near the wavelength of 226 nm).

このスペクトル線の回転量子数(J)に対応する相対強度を測定し、その測定結果から、下記式(1)を温度の関数としてあてはめることにより、測定場の温度を算出することができる。
j/Nj=0=(2J+1)exp(−[(kcBJ)・(J+1)]/(kT))…(1)
ここで、
j:回転量子数Jにおける分子数(数密度)
j=0:全分子数
J:回転量子数
k:ボルツマン定数
c:光速度
B:回転定数
T:温度(回転温度)
である。
The relative intensity corresponding to the rotational quantum number (J) of this spectral line is measured, and the temperature of the measurement field can be calculated from the measurement result by applying the following equation (1) as a function of temperature.
N j / N j = 0 = (2J + 1) exp (− [(kcBJ) · (J + 1)] / (kT)) (1)
here,
N j : Number of molecules in the rotational quantum number J (number density)
N j = 0 : total number of molecules J: rotational quantum number k: Boltzmann constant c: speed of light B: rotational constant T: temperature (rotational temperature)
It is.

よって、NO由来の蛍光(NO)50Aにより信号強度を求め、比較することで、排ガスの温度を予測することができる。この結果、従来においては、例えば熱電対等における配管内部の温度計測は、スポット的な温度計測であったものが、計測場全体(レーザ光の光路長全体)の平均温度を非接触で求めることができる。
また、ハイドロカーボン(HC)由来の蛍光との分離には、HC由来の蛍光は350〜400nmの範囲で計測するので、300nm以下となるように、分光器を用いて分光する。これにより、NO由来の蛍光(NO)50AとHC由来の蛍光(HC)50Bの両方の蛍光が測定できる。
Therefore, the temperature of the exhaust gas can be predicted by obtaining and comparing the signal intensity using the NO-derived fluorescence (NO) 50A. As a result, in the past, for example, the temperature measurement inside the pipe in a thermocouple or the like was a spot temperature measurement, but the average temperature of the entire measurement field (the entire optical path length of the laser beam) can be obtained without contact. it can.
In addition, for separation from the fluorescence derived from hydrocarbon (HC), the fluorescence derived from HC is measured in the range of 350 to 400 nm, and thus the spectrum is dispersed using a spectroscope so as to be 300 nm or less. Thereby, both fluorescence of NO-derived fluorescence (NO) 50A and HC-derived fluorescence (HC) 50B can be measured.

よって、通常の温度センサ以外に、排ガス温度をオンラインで計測が可能となる。   Therefore, the exhaust gas temperature can be measured online in addition to the normal temperature sensor.

次に、実施例3において、本発明の他のガス成分計測装置について、図面を参照して説明する。
図10は、実施例3に係るガス成分計測装置の概略図である。図10に示すように、本実施例に係るガス成分計測装置10Bは、図7に示した蛍光検出部51以外に、さらに、第1のレーザ光22−1又は第2のレーザ光22−2のいずれかを用いて、ガス中に存在する煤塵が発するミー散乱光60を計測する煤塵検出部61を具備するものである。これにより、煤塵が発するミー散乱光60を煤塵検出部61で検出信号の強度を計測することで、煤塵濃度を求めることができる。なお、前記煤塵検出部61としては、例えばファトダイオード(Si半導体型等)を例示することができるが、これに限定されるものではない。
Next, in Example 3, another gas component measuring apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 10 is a schematic diagram of a gas component measuring apparatus according to the third embodiment. As shown in FIG. 10, the gas component measuring apparatus 10 </ b> B according to the present embodiment further includes the first laser beam 22-1 or the second laser beam 22-2 in addition to the fluorescence detection unit 51 illustrated in FIG. 7. The dust detection part 61 which measures the Mie scattered light 60 which the dust which exists in gas emits using any of these is comprised. Thereby, the dust concentration can be obtained by measuring the intensity of the detection signal of the Mie scattered light 60 emitted by the dust by the dust detection unit 61. As the dust detection unit 61, for example, a photodiode (Si semiconductor type or the like) can be exemplified, but the present invention is not limited to this.

ここで、波長の短い第1のレーザ光(波長:226nm)22−1を用いる場合には、小さい粒径の煤塵濃度を計測することができる。
一方、波長の長い第2のレーザ光(波長:600nm)22−2を用いる場合には、大きい粒径の煤塵濃度を計測することができる。
よって、求める粒径に応じて、第1のレーザ光か第2のレーザ光かを選択し、どちらかのラインを遮断するチョッパ62−1、62−2を設けるようにしている。
Here, when the first laser beam (wavelength: 226 nm) 22-1 having a short wavelength is used, the dust concentration with a small particle size can be measured.
On the other hand, when the second laser beam (wavelength: 600 nm) 22-2 having a long wavelength is used, the dust concentration having a large particle size can be measured.
Therefore, the first laser beam or the second laser beam is selected according to the desired particle size, and choppers 62-1 and 62-2 that block either line are provided.

蛍光の分析と併用する場合には、実施例1で説明したように、先ず蛍光分析を行ってASEを計測した後、第1のレーザ光22−1又は第2のレーザ光22−2を用いて、煤塵濃度を計測するようにすればよい。   When combined with fluorescence analysis, as described in Example 1, first, fluorescence analysis is performed and ASE is measured, and then the first laser beam 22-1 or the second laser beam 22-2 is used. Thus, the dust concentration may be measured.

また、本実施例の変形例を示す図11に示すように、例えば30cm/1ns程度の時間遅れとなるディレイライン63−1、63−2を設け、第1のレーザ光22−1及び第2のレーザ光22−2を用いて先ず、蛍光によるNOのASEを計測し、その後、タイミングをずらして煤塵濃度を計測するようにすればよい。なお、ディレイライン63−1、63−2には、前記チョッパ62−1、62−2をそれぞれ有するようにしている。   Further, as shown in FIG. 11 showing a modification of the present embodiment, delay lines 63-1 and 63-2 having a time delay of about 30 cm / 1 ns, for example, are provided, and the first laser beam 22-1 and the second laser beam 22-1 First, the NO ASE due to fluorescence may be measured using the laser beam 22-2, and then the dust concentration may be measured at different timings. The delay lines 63-1 and 63-2 have the choppers 62-1 and 62-2, respectively.

このような、図10に示すガス成分計測装置10Bを用いて、粒子状物質濃度を計測した結果、計測時の真の粒子状物質濃度が所定の閾値を超えている場合には、図示しない制御装置により、粒子状物質濃度が低減させるような種々のエンジン制御を行うようにしている。   As a result of measuring the particulate matter concentration using the gas component measuring device 10B shown in FIG. 10 as described above, if the true particulate matter concentration at the time of measurement exceeds a predetermined threshold, control not shown in the figure. Various engine controls that reduce the particulate matter concentration are performed by the apparatus.

ここで、粒子状物質濃度を低減させるようなエンジン制御としては、以下の制御方法を例示することができる。
図3―1に示すディーゼルエンジンシステム200Aにおいては、第1のエンジン制御として、電磁式高圧噴射システム(例えばCRS(コモンレール式燃料噴射システム))220の燃料噴射タイミングを進め、粒子状物質濃度を低減させるようにしている。
Here, the following control methods can be exemplified as engine control for reducing the particulate matter concentration.
In the diesel engine system 200A shown in FIG. 3-1, as the first engine control, the fuel injection timing of the electromagnetic high-pressure injection system (for example, CRS (common rail fuel injection system)) 220 is advanced to reduce the particulate matter concentration. I try to let them.

また、第2のエンジン制御としては、電磁式高圧噴射システム(例えばCRS(コモンレール式燃料噴射システム))220の燃料噴射圧を高め、粒子状物質濃度を低減させるようにしている。   As the second engine control, the fuel injection pressure of an electromagnetic high-pressure injection system (for example, CRS (common rail fuel injection system)) 220 is increased to reduce the particulate matter concentration.

また、第3のエンジン制御としては、過給機111の過給圧を高め、粒子状物質濃度を低減させるようにしている。   As the third engine control, the supercharging pressure of the supercharger 111 is increased to reduce the particulate matter concentration.

図3―2に示すディーゼルエンジンシステム200Bにおいては、前述した第1乃至3のエンジン制御に加えて、さらに、第4のエンジン制御として、排ガス再循環(EGR)装置のEGRバルブ211の開度を絞り、粒子状物質濃度を低減させるようにしている。   In the diesel engine system 200B shown in FIG. 3B, in addition to the first to third engine controls described above, the opening of the EGR valve 211 of the exhaust gas recirculation (EGR) device is further set as the fourth engine control. Aperture and particulate matter concentration are reduced.

また、第1乃至第4のエンジン制御を実施しても、粒子状物質濃度の低減効果が発揮されない場合に、排ガス201中の粒子状物質を除去するDPF230に排ガス201を通過させる制御を行い、外部への排出を防止するようにしている。   In addition, when the first to fourth engine controls are not performed, if the particulate matter concentration reducing effect is not exhibited, the exhaust gas 201 is controlled to pass through the DPF 230 that removes the particulate matter in the exhaust gas 201. It is intended to prevent discharge to the outside.

さらに、粒子状物質濃度が所定の閾値を超えた場合には、図示しない制御装置からアラームを発して、機関停止を実行するようにしてもよい。   Furthermore, when the particulate matter concentration exceeds a predetermined threshold, an alarm may be issued from a control device (not shown) to stop the engine.

ここで、制御手段は、マイコン等で構成されている。制御手段は、RAMやROM等から構成されてプログラムやデータが格納される記憶部(図示せず)が設けられている。記憶部に格納されるデータは、エンジンからの排ガス中の粒子状物質の濃度を確認して、所定の閾値を超えているか否かを判断し、粒子状物質の排出を抑制するよう制御を行う。   Here, the control means is constituted by a microcomputer or the like. The control means is composed of a RAM, a ROM, etc., and is provided with a storage unit (not shown) in which programs and data are stored. The data stored in the storage unit checks the concentration of particulate matter in the exhaust gas from the engine, determines whether or not a predetermined threshold is exceeded, and performs control to suppress particulate matter emission. .

このように、エンジン運転中において、排ガスの性状(NO、CO、HC等)以外にさら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、過給圧の状況に応じて、実際にどれくらいの粒子状物質(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。   Thus, during engine operation, by measuring the concentration of particulate matter in addition to the exhaust gas properties (NO, CO, HC, etc.), the actual concentration depends on the fuel injection pressure and the supercharging pressure. It is possible to check online how much particulate matter (PM) has been discharged.

以上、本発明によれば、エンジンからの排ガス中の性状を計測する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、例えば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性状(NO、CO、HC等)、粒子状物質の濃度計測ができ、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。   As described above, according to the present invention, by using an engine system equipped with a component measuring device that measures properties in exhaust gas from the engine, for example, during operation of a marine diesel engine, the properties (NO, CO) in the exhaust gas online. , HC, etc.), the concentration of particulate matter can be measured, and appropriate preventive measures against incomplete combustion of the engine (change of ignition timing, change of fuel mixture ratio, change of filter, etc.) can be taken .

本実施例では、エンジンとして舶用ディーゼルエンジンを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、各種陸用ディーゼルエンジンや、その他燃料ガスを燃焼するガスエンジンの排ガス性状の計測に適用することもできる。   In this embodiment, a marine diesel engine is used as an engine. However, the present invention is not limited to this, and is applied to measurement of exhaust gas properties of various land diesel engines and other gas engines that burn fuel gas. You can also.

10A〜10B ガス成分計測装置
11 被測定ガス
14 ASE
21 レーザ装置
22 基本レーザ光
22−1 第1のレーザ光
22−2 第2のレーザ光
23 第1の波長変換部
24 第2の波長変換部
25 ガス測定部
26 光検出器
50 蛍光
50A 蛍光(NO)
50B 蛍光(HC)
51 蛍光検出部
60 ミー散乱光
61 煤塵検出部
100 ディーゼルエンジン
120 気筒
200A〜200C ガス成分計測装置を備えたエンジンシステム
201 排ガス
202 排気管
10A to 10B Gas component measuring device 11 Gas to be measured 14 ASE
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Laser apparatus 22 Basic laser light 22-1 1st laser light 22-2 2nd laser light 23 1st wavelength conversion part 24 2nd wavelength conversion part 25 Gas measurement part 26 Photodetector 50 Fluorescence 50A Fluorescence ( NO)
50B fluorescence (HC)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 51 Fluorescence detection part 60 Mie scattered light 61 Dust detection part 100 Diesel engine 120 Cylinder 200A-200C Engine system provided with gas component measuring device 201 Exhaust gas 202 Exhaust pipe

Claims (3)

エンジンと、
前記エンジンからの排ガスを排出する排気管と、
前記排気管中の排ガスにレーザ光を照射するレーザ装置とを具備してなり、
前記レーザ装置が、
レーザ照射装置から発振された基本レーザ光を第1のレーザ光に波長変換する第1の波長変換部と、
前記基本レーザ光を波長変換し、第2のレーザ光とする第2の波長変換部と、
第1及び第2のレーザ光を導入して、被測定ガス中のガス成分に照射するするガス測定部と、
照射される第1のレーザ光及び第2のレーザ光により高い準位に励起された励起分子が低い準位に電子的に緩和する際、その準位が下がるときに発生する自然放射増幅光(Amplified Spontaneous Emission:ASE)を計測する光検出器と、
前記被測定ガス中に存在する油分由来のハイドロカーボンが発生する蛍光を計測する蛍光検出部とを具備することを特徴とする排ガス中のガス成分計測装置を備えたエンジンシステム。
Engine,
An exhaust pipe for exhausting exhaust gas from the engine;
A laser device for irradiating the exhaust gas in the exhaust pipe with laser light,
The laser device is
A first wavelength conversion unit that converts the wavelength of the basic laser light oscillated from the laser irradiation apparatus into a first laser light;
A second wavelength converter that converts the wavelength of the basic laser light into a second laser light;
A gas measuring unit that introduces the first and second laser beams and irradiates the gas component in the gas to be measured;
When excited molecules excited to a high level by the first laser light and the second laser light to be irradiated are electronically relaxed to a low level, spontaneously amplified light generated when the level is lowered ( A photodetector that measures Amplified Spontaneous Emission (ASE);
An engine system comprising a gas component measurement device in exhaust gas, comprising a fluorescence detection unit that measures fluorescence generated by hydrocarbons derived from oil present in the gas to be measured.
請求項1において、
被測定ガスのガス成分が発する蛍光の相対強度より、被測定ガスのガス温度を計測することを特徴とする排ガス中のガス成分計測装置を備えたエンジンシステム。
In claim 1,
An engine system comprising a gas component measuring device in exhaust gas, wherein the gas temperature of the gas to be measured is measured from the relative intensity of fluorescence emitted from the gas component of the gas to be measured.
請求項1又は2において、
第1のレーザ光又は第2のレーザ光のいずれかを用いて、被測定ガス中に存在する煤塵が発するミー散乱光を計測する煤塵検出部を具備することを特徴とする排ガス中のガス成分計測装置を備えたエンジンシステム。
In claim 1 or 2,
A gas component in exhaust gas, comprising a dust detection unit that measures Mie scattered light emitted by the dust present in the gas to be measured using either the first laser light or the second laser light. An engine system with a measuring device.
JP2011031453A 2011-02-16 2011-02-16 Engine system with apparatus for measuring gas component in waste gas Withdrawn JP2012168132A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011031453A JP2012168132A (en) 2011-02-16 2011-02-16 Engine system with apparatus for measuring gas component in waste gas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011031453A JP2012168132A (en) 2011-02-16 2011-02-16 Engine system with apparatus for measuring gas component in waste gas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012168132A true JP2012168132A (en) 2012-09-06

Family

ID=46972422

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011031453A Withdrawn JP2012168132A (en) 2011-02-16 2011-02-16 Engine system with apparatus for measuring gas component in waste gas

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012168132A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3339183A1 (en) * 2016-12-21 2018-06-27 Delavan, Inc. Fuel quality monitoring systems
KR20200058124A (en) * 2018-11-19 2020-05-27 주식회사 마하테크 engine oil oxidation measuring apparatus

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3339183A1 (en) * 2016-12-21 2018-06-27 Delavan, Inc. Fuel quality monitoring systems
US10844794B2 (en) 2016-12-21 2020-11-24 Delavan Inc. Fuel quality monitoring systems
KR20200058124A (en) * 2018-11-19 2020-05-27 주식회사 마하테크 engine oil oxidation measuring apparatus
KR102180083B1 (en) 2018-11-19 2020-11-17 주식회사 마하테크 engine oil oxidation measuring apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7480044B2 (en) Method and device for comprehensive characterization and monitoring of exhaust gas and control of engines, and components for aftertreatment of exhaust gases
Beatrice et al. Detailed characterization of particulate emissions of an automotive catalyzed DPF using actual regeneration strategies
Barro et al. Influence of post-injection parameters on soot formation and oxidation in a common-rail-diesel engine using multi-color-pyrometry
Wermuth et al. Absorption and fluorescence data of acetone, 3-pentanone, biacetyl, and toluene at engine-specific combinations of temperature and pressure
JP2012168132A (en) Engine system with apparatus for measuring gas component in waste gas
Wang et al. Industrial applications of tunable diode laser absorption spectroscopy
Degner et al. Mobile gas sensing system for detection of combustion pollutants–suitable for drone based measurements
US11774351B2 (en) Method and apparatus for measuring engine oil consumption using laser induced breakdown spectroscopy
Zhang et al. Fast measurement of soot by in-situ LII on a production engine
Gallo et al. Parameters influencing soot oxidation rates in an optical diesel engine
JP2011232257A (en) Method for measuring concentration of particulate matter in gas and engine system equipped with apparatus for measuring concentration of particulate matter
Parks et al. Rapid in situ measurement of fuel dilution of oil in a diesel engine using laser-induced fluorescence spectroscopy
JP2011232253A (en) Engine system equipped with apparatus for measuring gas component in exhaust gas
Li et al. Ammonia Measurement Investigation Using Quantum Cascade Laser and Two Different Fourier Transform Infrared Spectroscopy Methods
Arsie et al. Experimental characterization of nanoparticles emissions in a port fuel injection spark ignition engine
Montajir Development of an ultra-low concentration N2O analyzer using quantum cascade laser (QCL)
Merola et al. Characterization of Nanoparticles at the Exhaust of a Common Rail Diesel Engine by Optical Techniques and Conventional Method.
JP2012184682A (en) Engine system
Merola et al. Nanoparticles at internal combustion engines exhaust: effect on urban area
Lay-Ekuakille et al. Measurements of opacity at exhaust of diesel engine using extinction laser technique
Thakral et al. Solid Particle Emissions from a Diesel Fuel Based Burner Platform
Merola et al. Simultaneous Detection of NOx and Particuiate in Exhaust of a CR Diesel Engine by UV-Visible Spectroscopy
Di Iorio et al. Nanoparticles characterization at spark ignition engine exhaust
Siedlecki et al. Emissions from NRMM Vehicles in Real Operating Conditions in Relation to the Number of Vehicles in Use in the Poznan City Agglomeration (SAE Paper 2020-01-2218)
Di Iorio et al. Diesel exhaust nanoparticles characterization by multiwavelength techniques, laser induced incandescence and ELPI

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20140513