JP4452106B2 - Gas internal combustion engine with optical spectrum analyzer device - Google Patents
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Description
本発明は、主としてガスエンジン及びディーゼルエンジンに適用され、光スキャナで構成された小型、高速の電子式測定装置であって高分解能の回折格子式分光器を備えた光スペクトラムアナライザ装置を用いて燃焼室内の燃焼状態、燃料ガスの組成、排気ガスの組成等を検知するように構成された内燃機関に関する。 The present invention is mainly applied to a gas engine and a diesel engine, and is a compact, high-speed electronic measuring device composed of an optical scanner, and burned by using an optical spectrum analyzer device equipped with a high-resolution diffraction grating spectrometer. The present invention relates to an internal combustion engine configured to detect an indoor combustion state, a composition of fuel gas, a composition of exhaust gas, and the like.
ガスエンジンは、希薄混合ガスを予混合燃焼させるため、燃焼室内における混合ガスの分布状態によっては失火やノッキング等の燃焼不良が発生し易いため、該エンジンを安定運転するには、エンジンの運転中、常時燃焼室内における燃焼状態を監視して、この監視情報に基づきパイロット燃料の噴射タイミングあるいは点火プラグの点火タイミングを最適値に制御することが要求される。
また、かかるガスエンジンにおいては、燃料ガスの組成によって空気量を制御して、燃料ガスの組成変化によって燃料の発熱量が変化しても、これに応じて空燃比を調整して所要の空気過剰率で以って安定運転を行うことを要する。
Since a gas engine premixes and burns a lean mixed gas, a combustion failure such as misfire or knocking is likely to occur depending on the distribution state of the mixed gas in the combustion chamber. Therefore, it is required to always monitor the combustion state in the combustion chamber and control the injection timing of the pilot fuel or the ignition timing of the spark plug to an optimum value based on the monitoring information.
In such a gas engine, even if the amount of air is controlled by the composition of the fuel gas and the calorific value of the fuel changes due to a change in the composition of the fuel gas, the air-fuel ratio is adjusted accordingly and the required excess air It is necessary to perform stable operation at a rate.
前記常時燃焼室内における燃焼状態を監視する手段として、筒内圧力を検出して該筒内圧力検出値に基づきパイロット燃料の噴射タイミングあるいは点火プラグの点火タイミングを調整して、該筒内圧力が所要筒内圧力になるように制御する手段が、多く提案されている。
しかしながら、前記筒内圧力検出値を用いて燃焼制御を行う手段は、燃焼室内全体の平均的状態である筒内圧力の検出値を用いているため、ガスエンジンのように燃焼室内の場所によって混合ガスの濃淡分布が発生して失火やノッキングを誘発し易いエンジンにおいては、筒内圧力の検出値を用いるのみでは、前記失火やノッキングの発生を完全に回避するのは困難を伴う。
As means for monitoring the combustion state in the constant combustion chamber, the in-cylinder pressure is required by detecting the in-cylinder pressure and adjusting the injection timing of the pilot fuel or the ignition timing of the spark plug based on the detected value of the in-cylinder pressure. Many means have been proposed for controlling the cylinder pressure to be in-cylinder.
However, the means for performing the combustion control using the in-cylinder pressure detection value uses the detection value of the in-cylinder pressure that is an average state of the entire combustion chamber, so that mixing is performed depending on the location in the combustion chamber as in a gas engine. In an engine that tends to induce misfire and knocking due to the occurrence of gas density distribution, it is difficult to completely avoid the misfire and knocking only by using the detected value of the in-cylinder pressure.
かかる問題点に対処する手段として、例えば特許文献1(特公平5−28331号公報)に一部が開示されているような、受光素子が受光する光の波長を所定範囲で掃引し、被測定光に含まれる各波長の光の強度を検出する光スペクトラムアナライザ装置を用いて、燃焼室内の複数箇所における燃焼光の強さを検知する手段が考えられる。 As a means for coping with this problem, for example, a part of the light received by the light receiving element is swept within a predetermined range as disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 5-28331), and measured. A means for detecting the intensity of the combustion light at a plurality of locations in the combustion chamber using an optical spectrum analyzer that detects the intensity of light of each wavelength contained in the light can be considered.
しかしながら、燃焼室内における燃焼ガスや排気ガス中に含まれる組成成分の波長は、
CH4=1.65μm
NO=1.8μm
NO2=1.68〜0.45μm
CO=1.6μm
THC=1.4〜1.7μm
と、きわめて狭い範囲内に集中している。
However, the wavelength of the composition component contained in the combustion gas and exhaust gas in the combustion chamber is
CH 4 = 1.65 μm
NO = 1.8μm
NO 2 = 1.68 to 0.45 μm
CO = 1.6μm
THC = 1.4 ~ 1.7μm
And concentrated in a very narrow range.
一方、前記のような従来の光スペクトラムアナライザ装置は、受光素子が受光し吸収する光の波長の範囲が比較的広くなっている。このため、かかる従来の光スペクトラムアナライザ装置を用いて、燃焼室内における燃焼ガスの組成成分や排気ガス中に含まれる有害物質の組成成分を検出しようとしても、前記のように、該燃焼ガスの組成成分や排気ガス中の有害物質の組成成分の波長の範囲が1.4〜1.8μmの範囲に密集しているため、所要の成分を精度良く検出し難い。
従って、かかる従来の光スペクトラムアナライザ装置を用いる場合には、エンジンを安定運転するとともに排気ガスを浄化し得るに十分な、燃焼ガスの組成成分や排気ガス中の有害物質の検出データを得ることは困難となる。
等の問題点を有している。
On the other hand, the conventional optical spectrum analyzer as described above has a relatively wide wavelength range of light received and absorbed by the light receiving element. Therefore, even if such a conventional optical spectrum analyzer device is used to detect the composition component of the combustion gas in the combustion chamber or the composition component of the harmful substance contained in the exhaust gas, the composition of the combustion gas as described above. Since the wavelength range of components and components of harmful substances in exhaust gas is densely in the range of 1.4 to 1.8 μm, it is difficult to detect the required components with high accuracy.
Therefore, when such a conventional optical spectrum analyzer device is used, it is possible to obtain detection data for the composition components of the combustion gas and the harmful substances in the exhaust gas sufficient to stably operate the engine and to purify the exhaust gas. It becomes difficult.
And so on.
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、光スペクトラムアナライザ装置を用いてのガス成分の検出データの検出精度を上げて、かかる検出データを用いてのエンジンの安定運転、排気ガスの浄化等を実現可能とした光スペクトラムアナライザ装置を備えた内燃機関を提供することを目的とする。 In view of the problems of the prior art, the present invention improves the detection accuracy of gas component detection data using an optical spectrum analyzer device, and realizes stable operation of the engine, purification of exhaust gas, etc. using such detection data. An object of the present invention is to provide an internal combustion engine equipped with an optical spectrum analyzer device.
本発明はかかる目的を達成するもので、燃料ガスタンクに収容された燃料ガスを燃料ガス通路を通して給気通路において空気と混合しこの混合ガスをエンジンの燃焼室に供給して着火、燃焼するように構成されたガス内燃機関において、
光源から発射され、被測定部を通過した透過光(以下、透過光通過部という)を入射させるための入射部と、前記入射部から入射された被測定光を受ける回折格子と、前記入射された被測定光に対して前記回折格子から出射される回折光を反射面で受けて前記回折格子へ反射する反射体と、前記反射体から出射された反射光に対して前記回折格子から出射される回折光を受ける受光素子と、前記回折格子に対する前記反射体の反射面の角度を変化させて、前記受光素子が受光する光の波長を可変にする反射体駆動手段とを備えてなる光スペクトラムアナライザを具え、
前記透過光通過部をガスエンジンの燃料ガス供給系路を構成するLNGタンク及び燃料ガス供給系及び燃料ガス管の空気過剰率制御装置の下流側に設置し、前記光源から発射され前記燃料ガス供給系及び燃料ガス管内の燃料ガス中を透過した透過光を、前記光スペクトラムアナライザの受光素子で受光することにより、該受光素子を介して燃料ガス中のCH4(メタン)の組成成分と、空気過剰率制御装置下流側におけるO2成分とを、検出してコントローラに入力し、該コントローラにおいて、前記CH4(メタン)及びO2(酸素)成分の検出値に基づき点火プラグの点火タイミングと空気過剰率制御装置における空気過剰率と給気圧力とを制御することを特徴とすることを特徴とする。
The present invention achieves such an object, and mixes fuel gas accommodated in a fuel gas tank with air in a supply passage through the fuel gas passage, and supplies the mixed gas to a combustion chamber of the engine so as to ignite and burn. In the configured gas internal combustion engine,
An incident part for allowing transmitted light (hereinafter referred to as a transmitted light passing part) emitted from a light source and passing through the measured part to enter, a diffraction grating for receiving the measured light incident from the incident part, and the incident light A reflector that receives the diffracted light emitted from the diffraction grating with respect to the measured light and reflects it to the diffraction grating, and the reflected light emitted from the reflector is emitted from the diffraction grating. An optical spectrum comprising: a light receiving element that receives the diffracted light; and a reflector driving means that changes the angle of the reflecting surface of the reflector with respect to the diffraction grating to vary the wavelength of the light received by the light receiving element. With an analyzer,
The transmitted light passing section is installed on the downstream side of the LNG tank and the fuel gas supply system and the excess air ratio control device of the fuel gas pipe constituting the fuel gas supply system path of the gas engine, and is emitted from the light source and supplied with the fuel gas. The transmitted light that has passed through the fuel gas in the system and the fuel gas pipe is received by the light receiving element of the optical spectrum analyzer, so that the composition component of CH 4 (methane) in the fuel gas and air The O 2 component on the downstream side of the excess rate control device is detected and input to the controller, where the ignition timing of the spark plug and the air are detected based on the detected values of the CH 4 (methane) and O 2 (oxygen) components. It is characterized by controlling the excess air ratio and the supply air pressure in the excess ratio control device.
かかる発明によれば、燃焼室内での燃焼時に発生するOHラジカル、CHラジカル等からの燃焼光を光スペクトラムアナライザで高速計測により検出してコントローラに入力し、該コントローラにおいて前記それぞれの燃焼光の検出値と、予め設定されたOHラジカルあるいはCHラジカルにおける失火のしきい値、あるいはOHラジカルにおけるノッキングのしきい値とを比較する。
そしてコントローラにおいては、前記OHラジカルあるいはCHラジカルの検出値が前記失火のしきい値よりも低い場合には、点火エネルギー、点火タイミング、燃料噴射量、燃料噴射タイミング、給気圧力、給気量等のエンジン運転条件を調整して失火の発生を回避し、前記OHラジカルの検出値がノッキングのしきい値を超える場合には、前記エンジン運転条件を調整してノッキングの発生を回避する。
According to this invention, combustion light from OH radicals, CH radicals, etc. generated during combustion in the combustion chamber is detected by an optical spectrum analyzer at high speed and input to the controller, and the controller detects the respective combustion lights. The value is compared with a preset threshold value for misfire in OH radical or CH radical, or knocking threshold value in OH radical.
In the controller, when the detected value of the OH radical or CH radical is lower than the misfire threshold, ignition energy, ignition timing, fuel injection amount, fuel injection timing, supply pressure, supply amount, etc. The engine operating condition is adjusted to avoid the occurrence of misfire, and when the detected value of the OH radical exceeds the knocking threshold value, the engine operating condition is adjusted to avoid the occurrence of knocking.
従ってかかる発明によれば、前記光スペクトラムアナライザは光スキャナで構成された小型、高速の電子式測定装置であって高分解能の回折格子式分光器を備えており、透過光(燃焼光)における極めて狭い範囲の波長を検出し得る機能を備えているので、前記燃焼時に発生するOHラジカル、CHラジカル等の燃焼成分による燃焼光の波長の範囲が狭い範囲に密集していても、それぞれの燃焼成分を各燃焼成分毎に正確に検出することができる。
これにより、前記エンジン運転条件を調整するための検出因子であるOHラジカル、CHラジカル等の燃焼成分の検出値を、燃焼室内の所要の場所で高精度で得ることができ、かかる検出、制御因子を用いてのエンジン運転条件の精緻な制御が可能となり、失火の発生及びノッキングの発生を確実に回避したエンジンの安定運転が実現できる。
Therefore, according to such an invention, the optical spectrum analyzer is a small and high-speed electronic measuring device composed of an optical scanner, and includes a high-resolution diffraction grating spectrometer, and is extremely effective in transmitting light (combustion light). Since it has a function capable of detecting a narrow range of wavelengths, even if the range of the wavelength of the combustion light due to combustion components such as OH radicals and CH radicals generated at the time of combustion is concentrated in a narrow range, each combustion component Can be accurately detected for each combustion component.
As a result, detection values of combustion components such as OH radicals and CH radicals, which are detection factors for adjusting the engine operating conditions, can be obtained with high accuracy at a required location in the combustion chamber. It is possible to precisely control the engine operating conditions using the engine, and to realize stable engine operation that reliably avoids misfires and knocking.
また、かかる発明によれば、前記光スペクトラムアナライザは、光スキャナで構成された小型、高速の測定機能を備えているので、エンジンの高速回転運転時においても、前記各燃焼成分を各燃焼成分毎に正確に検出することができる。 Further, according to this invention, the optical spectrum analyzer has a small and high-speed measurement function constituted by an optical scanner, so that each combustion component can be used for each combustion component even during high-speed rotation operation of the engine. Can be detected accurately.
かかる発明において好ましくは、前記光スペクトラムアナライザの透過光通過部を、点火手段あるいは燃料噴射弁が配置された前記燃焼室内の中央部近傍あるいは該燃焼室内の外周部近傍の何れか一方または双方に配置する。
このように構成すれば、燃焼室内の外周部近傍における高温のいわゆるエンドガス中、中央部近傍のガス中、等の燃焼室内のあらゆる箇所におけるOHラジカルを前記光スペクトラムアナライザにより検出して前記コントローラに入力することが可能となり、該コントローラによる前記OHラジカルの検出値を用いての前記のようなエンジン運転条件の制御によって、ノッキングの発生を確実に回避できる。
Preferably, in such invention, disposed transmitted light passage portion of the optical spectrum analyzer, either one or both of the outer peripheral portion near the central portion near or combustion chamber of the combustion chamber ignition means or the fuel injection valve is arranged To do.
If comprised in this way, the OH radical in every place in combustion chambers, such as high temperature so-called end gas in the vicinity of the outer peripheral part in a combustion chamber, the gas in the center part, etc. will be detected with the said optical spectrum analyzer, and it will input into the said controller The control of the engine operating condition as described above using the detected value of the OH radical by the controller makes it possible to reliably avoid the occurrence of knocking.
また本発明は、前記エンジンにおいて、前記光スペクトラムアナライザの透過光通過部を前記エンジンの給気通路に設置して、光源から発射され前記給気通路中を透過した透過光を前記光スペクトラムアナライザで受光するように構成するとともに、該光スペクトラムアナライザから入力される前記透過光を分析して前記給気通路中のガス組成を検知するコントローラを備えたことを特徴とする。
かかる発明において好ましくは、前記エンジンが、排気ガスの一部をEGR(排気ガス再循環)通路を通して前記給気通路に還流するEGR(排気ガス再循環)システムを備えたエンジンであって、前記光スペクトラムアナライザの透過光通過部を前記給気通路の前記EGR通路との合流部よりも燃焼室寄りの下流側に設置する。
The present invention, in the engine, established a transmission light passage portion of the optical spectrum analyzer to the supply passage of the engine, the transmitted light transmitted through the emitted from the light source the air supply passageway in the optical spectrum analyzer The controller is configured to receive light and includes a controller that analyzes the transmitted light input from the optical spectrum analyzer and detects a gas composition in the supply passage.
In this invention, preferably, the engine includes an EGR (exhaust gas recirculation) system that recirculates a part of the exhaust gas to the supply air passage through an EGR (exhaust gas recirculation) passage. The transmitted light passage part of the spectrum analyzer is installed on the downstream side closer to the combustion chamber than the joining part of the air supply passage with the EGR passage.
かかる発明によれば、前記光スペクトラムアナライザの透過光通過部をエンジンの給気通路に設置し、光源から発射され前記給気通路内の給気中を透過した透過光を該光スペクトラムアナライザで受光することにより、該給気中の組成成分、殊にEGRガスの混合後における給気中のEGRガス成分を、これらの成分における波長の範囲が狭い範囲に密集していても、それぞれの組成成分を各成分毎に正確に検出してコントローラに入力し、かかる検出、制御因子を用いてのエンジン運転条件の精緻な制御が可能となる。 According to the present invention, receives the transmitted light passage portion of the optical spectrum analyzer was installed in the air supply passage of an engine, the transmitted light transmitted through the air supply is fired the air supply passage from the light source by the optical spectrum analyzer Even if the composition components in the supply air, particularly the EGR gas components in the supply air after mixing the EGR gas, are concentrated in a narrow range of wavelengths in these components, the respective composition components Is accurately detected for each component and input to the controller, and precise control of engine operating conditions using such detection and control factors becomes possible.
また本発明は、前記エンジンにおいて、前記光スペクトラムアナライザの透過光通過部を前記エンジンの排気通路に設置して、光源から発射され前記排気通路中を透過した透過光を前記光スペクトラムアナライザで受光するように構成するとともに、該光スペクトラムアナライザから入力される前記透過光を分析して前記排気通路中の排気ガスの組成を検知するコントローラを備えたことを特徴とする。 The present invention, in the engine, established a transmission light passage portion of the optical spectrum analyzer in an exhaust passage of the engine, receives the transmitted light transmitted through the exhaust passageway is emitted from the light source by the optical spectrum analyzer And a controller that analyzes the transmitted light input from the optical spectrum analyzer and detects the composition of the exhaust gas in the exhaust passage.
かかる発明において好ましくは、前記排気通路に排ガス浄化装置等の後処理装置を設置し、前記光スペクトラムアナライザの透過光通過部を前記後処理装置の上流側あるいは下流側の何れか一方または双方に設置する。
また、かかる発明において好ましくは、前記光スペクトラムアナライザは、前記透過光から前記排気ガスの組成として該排気ガス中の未燃CH4(メタン)を検出し、あるいは排気ガス中のNOx(窒素酸化物)を検出し、あるいは排気ガス中のHC(炭化水素)及びCO(一酸化炭素)の何れか一方または双方を検出して前記コントローラに伝送するように構成される。
In this invention, preferably, a post-processing device such as an exhaust gas purifying device is installed in the exhaust passage, and a transmitted light passage portion of the optical spectrum analyzer is installed on either or both of the upstream side and the downstream side of the post-processing device. To do.
In this invention, preferably, the optical spectrum analyzer detects unburned CH 4 (methane) in the exhaust gas as the composition of the exhaust gas from the transmitted light, or NOx (nitrogen oxide in the exhaust gas). ), Or one or both of HC (hydrocarbon) and CO (carbon monoxide) in the exhaust gas is detected and transmitted to the controller.
かかる発明によれば、前記光スペクトラムアナライザの透過光通過部を、排気通路における後処理装置の上流位置あるいは下流位置に設置し、光源から発射され前記排気通路内の排気ガス中を透過した透過光を該光スペクトラムアナライザの受光素子で受光することにより、排気ガス中の未燃CH4(メタン)、NOx(窒素酸化物)、HC(炭化水素)及びCO(一酸化炭素)等の有害成分を、これらの成分における波長の範囲が狭い範囲に密集していても、それぞれの成分を各成分毎に正確に検出してコントローラに入力することができ、かかる検出、制御因子を用いてエンジン運転条件の精緻な制御が可能となり、前記有害成分の排出を抑制したエンジンの運転が可能となる。 According to this invention, the transmitted light passage portion of the optical spectrum analyzer is installed at an upstream position or a downstream position of the post-processing device in the exhaust passage, and the transmitted light is emitted from the light source and transmitted through the exhaust gas in the exhaust passage. Is received by the light receiving element of the optical spectrum analyzer to remove harmful components such as unburned CH 4 (methane), NOx (nitrogen oxide), HC (hydrocarbon) and CO (carbon monoxide) in the exhaust gas. Even if the wavelength range of these components is concentrated in a narrow range, each component can be accurately detected and input to the controller, and the engine operating conditions using such detection and control factors Therefore, the engine can be operated while suppressing the emission of the harmful components.
また本発明は、燃焼室内の混合気を点火手段により着火燃焼せしめ、あるいは燃焼室内の加圧空気中に燃料噴射弁により燃料を噴射して着火燃焼せしめるように構成されるとともに、排気ガスの一部をEGR(排気ガス再循環)通路を通して給気通路に還流するEGR(排気ガス再循環)システムを備えたエンジン(内燃機関)において、前記光スペクトラムアナライザの透過光通過部を前記EGR通路に設置して、光源から発射され前記EGR通路中を透過した透過光を前記光スペクトラムアナライザの受光素子で受光することによりEGRガス中のO2(酸素)成分を検出するように構成するとともに、該光スペクトラムアナライザから入力される前記透過光を分析して前記給気通路中のO2濃度を検知するコントローラを備えたことを特徴とする。 Further, the present invention is configured to ignite and burn the air-fuel mixture in the combustion chamber by the ignition means, or to inject and burn the fuel into the pressurized air in the combustion chamber by the fuel injection valve. installing parts in EGR engines equipped with air supply EGR for recirculating the passage (exhaust gas recirculation) system through (exhaust gas recirculation) passage (internal combustion engine), a transmission light passage portion of the optical spectrum analyzer in the EGR passage Then, the transmitted light emitted from the light source and transmitted through the EGR passage is received by the light receiving element of the optical spectrum analyzer to detect the O 2 (oxygen) component in the EGR gas, and the light further comprising a controller for detecting the O 2 concentration in the air supply passage by analyzing the transmitted light inputted from spectrum analyzer And features.
かかる発明によれば、光スキャナで構成された小型、高速の電子式測定装置であって高分解能の回折格子式分光器を備えた光スペクトラムアナライザの透過光通過部をエンジンのEGR通路に設置し、光源から発射され前記EGR通路内のEGRガス中を透過した透過光を前記光スペクトラムアナライザの受光素子で受光することにより、EGRガス中のO2(酸素)を、該O2成分の波長が他の成分の波長と近い値であっても正確に検出してコントローラに入力することができ、該コントローラにおいてかかる検出、制御因子を用いてのエンジン運転条件の精緻な制御が可能となり、前記EGRガス量を目標値に制御し得るエンジンの運転が可能となる。 According to this invention, the transmitted light passage part of the optical spectrum analyzer which is a small and high-speed electronic measuring device composed of an optical scanner and which has a high resolution diffraction grating type spectrometer is installed in the EGR passage of the engine. , by receiving the light transmitted through the EGR gas in the EGR passage is emitted from the light source by the light receiving element of the optical spectrum analyzer, the O 2 (oxygen) in the EGR gas, the wavelength of the O 2 component Even a value close to the wavelength of other components can be accurately detected and input to the controller, and the controller can precisely control engine operating conditions using such detection and control factors. The engine that can control the gas amount to the target value can be operated.
また本発明は、前記光スペクトラムアナライザの透過光通過部を前記ガスエンジンの燃料ガス供給系路に設置し、光源から発射され前記燃料ガス供給系路の燃料ガス中を透過した透過光を前記光スペクトラムアナライザの受光素子で受光するように構成するとともに、該光スペクトラムアナライザから入力される前記透過光を分析して前記燃料ガスの組成を検知するコントローラを備えたことを特徴とする。 According to the present invention , the transmitted light passage portion of the optical spectrum analyzer is installed in the fuel gas supply system path of the gas engine, and the transmitted light emitted from the light source and transmitted through the fuel gas in the fuel gas supply system path is the light. The light-receiving element of the spectrum analyzer is configured to receive light, and a controller that analyzes the transmitted light input from the optical spectrum analyzer and detects the composition of the fuel gas is provided.
かかる発明において好ましくは、前記光スペクトラムアナライザの透過光通過部を、前記燃料ガス供給系路を構成する燃料ガスタンクまたは燃料ガス通路の何れか一方または双方に設置し、該光スペクトラムアナライザにより燃料の組成変化を検出するように構成される。
また、かかる発明において好ましくは、前記燃料ガス通路に空気過剰率を調整する空気過剰率調整手段を設置するとともに、前記光スペクトラムアナライザの透過光通過部を前記空気過剰率調整手段の下流側の燃料ガス通路に設置する。
In this invention, preferably, the transmitted light passage portion of the optical spectrum analyzer is installed in one or both of a fuel gas tank and a fuel gas passage constituting the fuel gas supply system, and the composition of the fuel is measured by the optical spectrum analyzer. Configured to detect changes.
In this invention, preferably, an excess air ratio adjusting means for adjusting an excess air ratio is installed in the fuel gas passage, and a transmitted light passage portion of the optical spectrum analyzer is disposed downstream of the excess air ratio adjusting means. Install in the gas passage.
かかる発明によれば、光スキャナで構成された小型、高速の電子式測定装置であって高分解能の回折格子式分光器を備えた光スペクトラムアナライザの透過光通過部を、ガスエンジンの燃料ガス供給系路を構成する燃料ガスタンクまたは燃料ガス通路の何れか一方または双方に、あるいは空気過剰率調整手段の下流側の燃料ガス通路に設置し、光源から発射され前記燃料ガスタンク内あるいは燃料ガス通路内の燃料ガス中を透過した透過光を該光スペクトラムアナライザの受光素子で受光することにより、燃料ガス中のCH4(メタン)等の組成成分、あるいは空気過剰率調整手段の下流側におけるO2(酸素)を、該CH4(メタン)、O2(酸素)等の波長が他の成分の波長と近い値であっても正確に検出してコントローラに入力することができ、該コントローラにおいてかかる検出、制御因子を用いてのエンジン運転条件の精緻な制御、及び失火あるいはノッキングを防止し得る空気過剰率の制御が可能となり、前記エンジンの高効率かつ安定運転が可能となる。
According to such an invention, a transmitted light passage portion of an optical spectrum analyzer , which is a small and high-speed electronic measuring device configured with an optical scanner and includes a high-resolution diffraction grating spectrometer, is used as a fuel gas supply for a gas engine. Installed in one or both of the fuel gas tank and the fuel gas passage constituting the system, or in the fuel gas passage on the downstream side of the excess air ratio adjusting means, and emitted from the light source in the fuel gas tank or the fuel gas passage. The transmitted light that has passed through the fuel gas is received by the light receiving element of the optical spectrum analyzer , so that the composition component such as CH 4 (methane) in the fuel gas or the O 2 (oxygen) on the downstream side of the excess air ratio adjusting means. ), and the CH 4 (methane),
また本発明は、前記光スペクトラムアナライザの透過光通過部を前記ディーゼルエンジンの排気通路に設置し、光源から発射され前記排気通路の排気ガス中を透過した透過光を該光スペクトラムアナライザの受光素子で受光することにより、SO2(硫黄酸化物)を検出するように構成されてなることを特徴とする。 The present invention, the light transmitted light passing portion of the spectrum analyzer was installed in an exhaust passage of the diesel engine, light transmitted through the exhaust gas of the exhaust passage is emitted from the light source by the light receiving element of the optical spectrum analyzer It is configured to detect SO 2 (sulfur oxide) by receiving light.
かかる発明によれば、光スペクトラムアナライザの透過光通過部を、ディーゼルエンジンの排気通路に設置し、光源から発射され前記排気通路内の排気ガス中を透過した透過光を該光スペクトラムアナライザの受光素子で受光することにより、排気ガス中のSO2を、該SO2の波長が他の成分の波長と近い値であっても正確に検出してコントローラに入力することができ、かかるSO2検出値を用いてSO2の排出量を抑制し得るようにエンジン運転条件を精緻に制御することが可能となり、前記有害成分の排出を抑制したエンジンの運転が可能となる。 According to this invention, the transmitted light passage portion of the optical spectrum analyzer is installed in the exhaust passage of the diesel engine, and the transmitted light emitted from the light source and transmitted through the exhaust gas in the exhaust passage is received by the light receiving element of the optical spectrum analyzer . in by receiving the sO 2 in the exhaust gas, can also be input to the controller to accurately detect the wavelength of the sO 2 is a wavelength and a value close to other components, such sO 2 detected value It is possible to precisely control the engine operating conditions so that the amount of SO 2 emission can be suppressed using the engine, and the engine can be operated while suppressing the emission of the harmful components.
また本発明は、前記光スペクトラムアナライザの透過光通過部を前記エンジンの潤滑油通路に設置して、光源から発射され前記潤滑油通路の潤滑油中を透過した透過光を前記光スペクトラムアナライザの受光素子で受光するように構成するとともに、該光スペクトラムアナライザは前記透過光から前記潤滑油中の金属粉あるいはカーボンの何れか一方または双方を検知するように構成されたことを特徴とする。 The present invention, by installing the transmission light passage portion of the optical spectrum analyzer in the lubricating oil passage of the engine, receiving the light transmitted through the lubricating oil in the lubricating oil passage is emitted from a light source of the optical spectrum analyzer The optical spectrum analyzer is configured so as to receive light with an element , and is configured to detect either one or both of metal powder and carbon in the lubricating oil from the transmitted light.
かかる発明によれば、前記光スペクトラムアナライザの透過光通過部を、エンジンの潤滑油通路に設置し、光源から発射され前記潤滑油通路内の潤滑油中を透過した透過光を該光スペクトラムアナライザの受光素子で受光することにより、潤滑油中の金属粉あるいはカーボンを、該金属粉あるいはカーボンの波長が他の成分の波長と近い値であっても正確に検出してコントローラに入力することができ、かかる金属粉あるいはカーボンの検出値を監視することにより、潤滑油の劣化度を正確に検知できる。 According to the invention, the transmission light passage portion of the optical spectrum analyzer, installed in lubricating oil passage of the engine, the light transmitted through the lubricating oil in the lubricating oil passage is emitted from the light source of the optical spectrum analyzer By receiving light with the light receiving element , the metal powder or carbon in the lubricating oil can be accurately detected and input to the controller even if the wavelength of the metal powder or carbon is close to the wavelength of other components. By monitoring the detected value of the metal powder or carbon, the degree of deterioration of the lubricating oil can be accurately detected.
本発明によれば、光スペクトラムアナライザは光スキャナで構成された小型、高速の電子式測定装置であって高分解能の回折格子式分光器を備えており、透過光(燃焼光)における極めて狭い範囲の波長を吸収し得る機能を備えているので、燃焼室内での燃焼時に発生するOHラジカル、CHラジカル等の燃焼成分による燃焼光の波長の範囲が狭い範囲に密集していても、それぞれの燃焼成分を各燃焼成分毎に正確に検出することができる。
これにより、前記エンジン運転条件を調整するための検出因子であるOHラジカル、CHラジカル等の燃焼成分の検出値を、燃焼室内の所要の場所で高精度で得ることができ、かかる検出、制御因子を用いてのエンジン運転条件の精緻な制御が可能となり、失火の発生及びノッキングの発生を確実に回避したエンジンの安定運転が実現できる。
また、前記光スペクトラムアナライザは、光スキャナで構成された小型、高速の測定機能を備えているので、エンジンの高速回転運転時においても、前記各燃焼成分を各燃焼成分毎に正確に検出することができる。
According to the present invention, the optical spectrum analyzer is a small, high-speed electronic measuring device composed of an optical scanner and includes a high-resolution diffraction grating spectrometer, and has a very narrow range of transmitted light (combustion light). Even if the wavelength range of combustion light due to combustion components such as OH radicals and CH radicals generated during combustion in the combustion chamber is concentrated in a narrow range, each combustion The components can be accurately detected for each combustion component.
As a result, detection values of combustion components such as OH radicals and CH radicals, which are detection factors for adjusting the engine operating conditions, can be obtained with high accuracy at a required location in the combustion chamber. It is possible to precisely control the engine operating conditions using the engine, and to realize stable engine operation that reliably avoids misfires and knocking.
In addition, since the optical spectrum analyzer has a small and high-speed measurement function configured by an optical scanner, it can accurately detect each combustion component for each combustion component even during high-speed rotation operation of the engine. Can do.
また、本発明によれば、前記光スペクトラムアナライザの透過光通過部を、排気通路に設置し、光源から発射され排気ガス中を透過した透過光を該光スペクトラムアナライザの受光素子で受光することにより、排気ガス中の未燃CH4(メタン)、NOx(窒素酸化物)、HC(炭化水素)及びCO(一酸化炭素)、SO2(硫黄酸化物)等の有害成分を、これらの成分における波長の範囲が狭い範囲に密集していても、それぞれの成分を各成分毎に正確に検出してコントローラに入力することができ、かかる検出、制御因子を用いてエンジン運転条件の精緻な制御が可能となり、前記有害成分の排出を抑制したエンジンの運転が可能となる。 According to the present invention, the transmitted light passage portion of the optical spectrum analyzer is installed in the exhaust passage, and the transmitted light emitted from the light source and transmitted through the exhaust gas is received by the light receiving element of the optical spectrum analyzer. , Harmful components such as unburned CH 4 (methane), NOx (nitrogen oxide), HC (hydrocarbon) and CO (carbon monoxide), SO 2 (sulfur oxide) in the exhaust gas, Even if the wavelength range is close to a narrow range, each component can be accurately detected and input to the controller, and the engine operating conditions can be precisely controlled using such detection and control factors. Thus, the engine can be operated with the emission of the harmful components suppressed.
また、本発明によれば、前記光スペクトラムアナライザを、ガスエンジンの燃料ガス供給系路に、あるいは空気過剰率調整手段の下流側の燃料ガス通路に設置し、光源から発射され前記燃料ガス供給系路内の燃料ガス中を透過した透過光を該光スペクトラムアナライザの受光素子で受光することにより、燃料ガス中のCH4(メタン)等の組成成分、あるいは空気過剰率調整手段の下流側におけるO2(酸素)を、該CH4(メタン)、O2(酸素)等の波長が他の成分の波長と近い値であっても正確に検出してコントローラに入力することができ、該コントローラにおいてかかる検出、制御因子を用いてのエンジン運転条件の精緻な制御、及び失火あるいはノッキングを防止し得る空気過剰率の制御が可能となり、前記エンジンの高効率かつ安定運転が可能となる。
Further, according to the present invention, the optical spectrum analyzer, the fuel gas supply line of the gas engine, or installed in the fuel gas passage downstream of the air excess ratio adjusting means, is emitted from the light source the fuel gas supply system The transmitted light that has passed through the fuel gas in the passage is received by the light receiving element of the optical spectrum analyzer , so that the composition component such as CH 4 (methane) in the fuel gas or the
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Only.
図1は本発明の第1実施例に係る光スペクトラムアナライザ装置を備えたガスエンジンの全体構成図である。図2(A)は前記ガスエンジンの燃焼室周りの断面図、(B)は(A)におけるA−A矢視図である。図3は第2実施例に係る光スペクトラムアナライザ装置を備えたディーゼルエンジンの全体構成図である。図4(A)は前記ディーゼルエンジンの燃焼室周りの断面図、(B)は(A)におけるB−B矢視図である。図5は被測定光と波長の関係を示す説明用線図である。図6は前記実施例における光スペクトラムアナライザの構成を示す斜視図、図7は平面構成図である。 FIG. 1 is an overall configuration diagram of a gas engine equipped with an optical spectrum analyzer apparatus according to a first embodiment of the present invention. 2A is a cross-sectional view around the combustion chamber of the gas engine, and FIG. 2B is a view taken along the line AA in FIG. FIG. 3 is an overall configuration diagram of a diesel engine provided with an optical spectrum analyzer apparatus according to the second embodiment. 4A is a cross-sectional view around the combustion chamber of the diesel engine, and FIG. 4B is a view taken along the line BB in FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the light to be measured and the wavelength. FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the optical spectrum analyzer in the embodiment, and FIG. 7 is a plan configuration diagram.
本発明の第1実施例を示す図1において、100はガスエンジン、101は該ガスエンジン100のシリンダで、この例では6シリンダのエンジンを示す。104はタービン104a及びコンプレッサ104bからなる過給機、102は吸気マニホールド、103は排気マニホールド、106は前記過給機104のコンプレッサ104b出口と前記吸気マニホールド102とを接続する吸気管(給気通路)105aは前記排気マニホールド103と前記過給機104のタービン104a入口とを接続する排気管(排気通路)である。105は前記タービン104aの排気出口と外気とを接続する排気管(排気通路)、113は前記排気管105の設けられた排ガス浄化触媒コンバータ等の後処理装置である。
In FIG. 1 showing the first embodiment of the present invention,
109はエアクリーナ、106は前記エアクリーナ109と前記前記過給機104のコンプレッサ104b入口とを接続する吸気管(給気通路)である。110は燃料ガス(この例ではLNGガス(液化天然ガス))が収容されたLNGタンク、112は前記LNGタンク110の燃料出口と後述するガスミキサー108とを接続する燃料ガス管、108は前記エアクリーナ109を経た空気と前記燃料ガス管112を経た燃料ガスとを混合するガスミキサーである。
111は前記燃料ガス管112の途中に設けられた空気過剰率制御装置で、前記LNGタンク110からの燃料ガスに所要量の空気または排気ガスを混入して、前記ガスエンジン100の空気過剰率を調整するものである。110は前記吸気管(給気通路)106中を流れる給気量を調整するスロットルバルブ、107は前記吸気管106aのガスミキサー108下流に設置された給気温度調整用の熱交換器である。
また、図2において、122はシリンダヘッド、115はシリンダライナ、120は吸気弁、118は排気弁、121は吸気ポート、119は排気ポート、114はピストン、116は燃焼室(主燃焼室)117は点火プラグである。
111 is an excess air ratio control device provided in the middle of the fuel gas pipe 112, and a required amount of air or exhaust gas is mixed into the fuel gas from the
2, 122 is a cylinder head, 115 is a cylinder liner, 120 is an intake valve, 118 is an exhaust valve, 121 is an intake port, 119 is an exhaust port, 114 is a piston, and 116 is a combustion chamber (main combustion chamber) 117. Is a spark plug.
1は光スキャナで構成された小型、高速の電子式測定装置であって高分解能の回折格子式分光器を備えた光スペクトラムアナライザ、2は該光スペクトラムアナライザ1に被測定光を発射する光源である。
図6〜7は前記光スペクトラムアナライザ1の概略構造を示しており、該光スペクトラムアナライザ1は、前記光源2あるいは後述する燃焼光等からの被測定光を入射させるための入射部22と、前記入射部22から入射された被測定光を受ける回折格子25と、前記入射された被測定光に対して前記回折格子25から出射される回折光を反射面で受けて前記回折格子25へ反射する反射体30と、前記反射体30から出射された反射光に対して前記回折格子25から出射される回折光を受ける受光素子45と、前記回折格子25に対する前記反射体30の反射面の角度を変化させて、前記受光素子45が受光する光の波長を可変にする反射体駆動手段41、42とを備えている。
6 to 7 show the schematic structure of the
そして、前記反射体30は、固定基板31、32と、該固定基板31、32の縁部から所定幅で所定長さ延設され、その長さ方向に沿って捩れ変形可能な軸部33、34と、前記軸部33、34の先端に自身の縁部で連結されて形成され、一面側に前記回折格子25からの回折光を反射するための前記反射面が設けられた反射板35とを有している。
また、前記反射体駆動手段41、42は、前記反射体30の軸部と反射板35とからなる部分の固有振動数に対応した周波数の電気信号によって前記反射板35に力を与えて、該反射板35を前記固有振動数またはそれに近い振動数で往復回転させるように構成されている。
21は基台、22aは前記入射部22を構成する光ファイバー、23は前記入射部22を構成する光ファイバーの支持部、24は前記入射部22を構成するコリメートレンズ、40は支持基板である。
図6、7に矢印で示すように、前記入射部22から入射された被測定光は、前記回折格子25の回折面25aで回折して反射体30の反射板35で前記回折格子25の回折面25aに向けて反射し、該回折格子25において再度回折して前記受光素子45で受光される。
The
Further, the reflector driving means 41, 42 applies a force to the
As shown by arrows in FIGS. 6 and 7, the light to be measured incident from the
図1、2に示される第1実施例においては、前記のように構成された該光スペクトラムアナライザ1及び光源2を前記LNGタンク110に設置して、前記光源2から発射され前記LNGタンク110内の燃料ガス中を透過した透過光を前記光スペクトラムアナライザ1の受光素子で受光するように構成され、また前記光スペクトラムアナライザ1及び光源2を前記燃料ガス管112に設置して、前記光源2から発射され前記燃料ガス管112内の燃料ガス中を透過した透過光を前記光スペクトラムアナライザ1の受光素子で受光するように構成されている。
In the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the
また、図1、2に示される第1実施例においては、前記該光スペクトラムアナライザ1及び光源2を吸気管106に設置し、前記光源2から発射され前記吸気管106内の給気中を透過した透過光を前記光スペクトラムアナライザ1の受光素子で受光するように構成され、また、前記光スペクトラムアナライザ1及び光源2を排気管105の前記後処理装置113の上流側及び下流側に設置し(何れか一方側でもよい)前記光源2から発射され前記排気管105内の排気ガス中を透過した透過光を前記光スペクトラムアナライザ1の受光素子で受光するように構成されている。
In the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the
さらに図1、2に示される第1実施例においては、図2のように、前記光スペクトラムアナライザ1を前記燃焼室116内の中央部の点火プラグ117近傍および該燃焼室116内の外周部近傍に設置して(前記中央部近傍あるいは外周部近傍の何れかでもよい)、前記燃焼室116内の燃焼光を受光するように構成している。
01はコントローラで、前記LNGタンク110、燃料ガス管112、吸気管106、排気管105及び燃焼室116内の中央部と外周部近傍にそれぞれ設置された前記光スペクトラムアナライザ1からの透過光の検出信号が入力されて、後述するような制御、操作を行うものである。
Further, in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, as shown in FIG. 2, the
図1、2の第1実施例において、前記燃焼室116内での燃焼時に発生するOHラジカル、CHラジカル等からの燃焼光を光スペクトラムアナライザ1で高速計測により検出してコントローラ01に入力し、該コントローラ01において前記それぞれの燃焼光の検出値と、予め設定されたOHラジカルあるいはCHラジカルにおける失火のしきい値、あるいはOHラジカルにおけるノッキングのしきい値とを比較する。
そして該コントローラ01においては、前記OHラジカルあるいはCHラジカルの検出値が前記失火のしきい値よりも低い場合には、点火プラグ117の点火エネルギー、点火タイミングを調整し、あるいはパイロット燃料噴射式の場合はパイロット燃料噴射量及び燃料噴射タイミングを調整し、さらには給気圧力、給気量の調整を行って、失火の発生を回避し、前記OHラジカルの検出値がノッキングのしきい値を超える場合には、前記スロットルバルブ110の開度を調整してノッキングの発生を回避する。
In the first embodiment of FIGS. 1 and 2, combustion light from OH radicals, CH radicals and the like generated during combustion in the
In the
従ってかかる第1実施例によれば、前記光スペクトラムアナライザ2は光スキャナで構成された小型、高速の電子式測定装置であって高分解能の回折格子式分光器を備えており、図5のAに示すように、燃焼光における極めて狭い範囲の波長を吸収し得る機能を備えているので、前記燃焼時に発生するOHラジカル、CHラジカル等の燃焼成分による燃焼光の波長の範囲が狭い範囲に密集していても(図5のB)、それぞれの燃焼成分を各燃焼成分毎に正確に検出することができる。
これにより、前記のようなエンジン運転条件を調整するための検出因子であるOHラジカル、CHラジカル等の燃焼成分の検出値を、燃焼室116内の所要の場所で高精度で得ることができ、かかる検出、制御因子を用いてのエンジン運転条件の精緻な制御が可能となって、失火の発生及びノッキングの発生を確実に回避したエンジンの安定運転が実現できる。
また、前記光スペクトラムアナライザ1は、光スキャナで構成された小型、高速の測定機能を備えているので、エンジン100の高速回転運転時においても、前記各燃焼成分を各燃焼成分毎に正確に検出することができる。
Therefore, according to the first embodiment, the
Thereby, detection values of combustion components such as OH radicals and CH radicals, which are detection factors for adjusting the engine operating conditions as described above, can be obtained with high accuracy at a required place in the
Further, since the
また、かかる第1実施例においては、前記光スペクトラムアナライザ1の透過光通過部を、前記燃焼室116内の中央部の点火プラグ117近傍および外周部近傍に設置して、前記燃焼室116内の燃焼光を受光するように構成しているので、該燃焼室116内の外周部近傍における高温のいわゆるエンドガス中、中央部近傍のガス中、等の燃焼室116内のあらゆる箇所におけるOHラジカルを前記光スペクトラムアナライザ1により検出して前記コントローラ01に入力することが可能となり、該コントローラ01による前記OHラジカルの検出値を用いての前記のようなエンジン運転条件の制御によって、ノッキングの発生を確実に回避できる。
Further, in the first embodiment, the transmitted light passage part of the
また、第1実施例において、前記光スペクトラムアナライザ1の透過光通過部を、ガスエンジン100の燃料ガス供給系路を構成するLNGタンク110及び燃料ガス管112の空気過剰率制御装置111の下流側に設置し、光源2から発射され前記LNGタンク110あるいは燃料ガス管112内の燃料ガス中を透過した透過光を該光スペクトラムアナライザ1の受光素子で受光することにより、燃料ガス中のCH4(メタン)等の組成成分、あるいは空気過剰率制御装置111下流側におけるO2(酸素)を検出する。
この場合、前記のように構成された光スペクトラムアナライザ1を用いているので、該CH4(メタン)、O2(酸素)等の波長が他の成分の波長と近い値であっても正確に検出してコントローラ1に入力することができる。
該コントローラ1においては、かかるCH4(メタン)、O2(酸素)等の検出値に基づき点火プラグ(図2参照)の点火タイミング、空気過剰率制御装置111における空気過剰率、給気圧力等を制御する。
これにより、エンジン運転条件の精緻な制御、及び失火あるいはノッキングを防止し得る空気過剰率の制御が可能となり、前記エンジン100の高効率かつ安定運転が可能となる。
Further, in the first embodiment, the transmitted light passage portion of the
In this case, since the
In the
As a result, precise control of engine operating conditions and control of the excess air ratio that can prevent misfire or knocking are possible, and the
また、前記光スペクトラムアナライザ1及び光源2との間の透過光通過部を排気管105の前記後処理装置113の上流側及び下流側に設置し前記光源2から発射され前記排気管105内の排気ガス中を透過した透過光を前記光スペクトラムアナライザ1で受光することにより、排気ガス中の未燃CH4(メタン)、NOx(窒素酸化物)、HC(炭化水素)及びCO(一酸化炭素)等の有害成分を検出する。
この場合、前記のように構成された光スペクトラムアナライザ1を用いているので、前記検出成分における波長の範囲が狭い範囲に密集していても、それぞれの成分を各成分毎に正確に検出してコントローラ01に入力することができ、かかる検出、制御因子を用いてエンジン運転条件の精緻な制御が可能となり、前記有害成分の排出を抑制できるエンジンの運転が可能となる。
Further, transmitted light passing portions between the
In this case, since the
また図示を省略したが、前記光スペクトラムアナライザ1をEGR(排気ガス再循環)通路に設置して、光源2から発射され前記EGR通路中を透過した透過光からEGRガス中のO2(酸素)を検出するように構成するとともに、O2(酸素)の検出値を該光スペクトラムアナライザ1からコントローラ01入力し、該コントローラ01において、前記透過光を分析して前記EGR通路中のO2濃度を検知することも可能である。
このように構成すれば、前記のように構成された光スペクトラムアナライザ1を用いてEGRガス中の透過光を受光するので、EGRガス中のO2(酸素)を、該O2成分の波長が他の成分の波長と近い値であっても正確に検出してコントローラ01に入力することができ、該コントローラにおいてかかる検出、制御因子を用いてのエンジン運転条件の精緻な制御が可能となり、前記EGRガス量を目標値に制御し得るエンジンの運転が可能となる。
Although not shown, the
According to this structure, since the light receiving transmitted light in the EGR gas using the
また図示を省略したが、前記光スペクトラムアナライザ1の透過光通過部をエンジン100の潤滑油通路に設置して、光源2から発射され前記潤滑油通路の潤滑油中を透過した透過光を前記光スペクトラムアナライザ2の受光素子で受光するように構成するとともに、該光スペクトラムアナライザ1は前記透過光から前記潤滑油中の金属粉あるいはカーボンの何れか一方または双方を検知するように構成することもできる。
このように構成すれば、光源2から発射され前記潤滑油通路内の潤滑油中を透過した透過光を前記のように構成された光スペクトラムアナライザ1で受光することにより、潤滑油中の金属粉あるいはカーボンを検出する。この場合、該金属粉あるいはカーボンの波長が他の成分の波長と近い値であっても正確に検出してコントローラに入力することができ、かかる金属粉あるいはカーボンの検出値を監視することにより、潤滑油の劣化度を正確に検知できる。
Although not shown, the transmitted light passage portion of the
If comprised in this way, the metal powder in lubricating oil will be received by the
第2実施例のディーゼルエンジンを示す図3〜図4において、200はディーゼルエンジン、255は各シリンダに装着された燃料噴射弁、250は燃料噴射ポンプ、202はコモンレール、254はEGR(排気ガス再循環)通路、252はEGR弁である。
かかるディーゼルエンジン200においては、燃焼室116内での燃焼時に発生するOHラジカルからの燃焼光を、光スペクトラムアナライザ1で高速計測により検出してコントローラ01に入力し、該コントローラ01において前記それぞれの燃焼光の検出値と、予め設定されたOHラジカルOHラジカルにおけるNOx及び騒音のしきい値とを比較する。
そして該コントローラ01においては、前記OHラジカルの検出値が前記NOx及び騒音のしきい値を超えた場合には、燃料噴射ポンプ250の燃料噴射量及び燃料噴射タイミングを調整し、さらには給気圧力、給気量の調整を行ってNOx及び騒音を低減する。
3 to 4 showing a diesel engine according to the second embodiment, 200 is a diesel engine, 255 is a fuel injection valve mounted on each cylinder, 250 is a fuel injection pump, 202 is a common rail, 254 is EGR (exhaust gas recirculation). A circulation)
In such a diesel engine 200, combustion light from OH radicals generated during combustion in the
In the
また、かかるディーゼルエンジン200において、前記光スペクトラムアナライザ1の透過光通過部を前記EGR通路254に設置して、光源2から発射され前記EGR通路254中を透過した透過光からEGRガス中のO2(酸素)を検出するように構成するとともに、O2(酸素)の検出値を該光スペクトラムアナライザ1からコントローラ01入力し、該コントローラ01において、前記透過光を分析して前記EGR通路中のO2濃度を検知する。
このように構成すれば、前記のように構成された光スペクトラムアナライザ1を用いてEGRガス中の透過光を受光するので、EGRガス中のO2(酸素)を、該O2成分の波長が他の成分の波長と近い値であっても正確に検出してコントローラ01に入力することができ、該コントローラ01においてかかる検出、制御因子を用いて、前記EGR弁252の開度を精緻に制御することが可能となり、前記EGRガス量を目標値に制御し得るエンジンの運転が可能となる。
Further, in the diesel engine 200, the transmitted light passage portion of the
According to this structure, since the light receiving transmitted light in the EGR gas using the
また、かかるディーゼルエンジン200において、前記のように構成された光スペクトラムアナライザ2の透過光通過部を前記第1実施例と同様にして排気管105に設置し、光源から発射され前記排気通路の排気ガス中を透過した透過光からSO2(硫黄酸化物)を検出するように構成する。
このように構成すれば、前記のように構成された光スペクトラムアナライザ1の透過光通過部を、ディーゼルエンジンの排気管105に設置し、光源から発射され前記排気管105内の排気ガス中を透過した透過光を該光スペクトラムアナライザ1の受光素子で受光することにより、排気ガス中のSO2を、該SO2の波長が他の成分の波長と近い値であっても正確に検出してコントローラ01に入力することができ、かかるSO2検出値を用いてSO2の排出量を抑制し得るようにエンジン運転条件を精緻に制御することが可能となり、前記有害成分の排出を抑制したエンジンの運転が可能となる。
その他の構成は前記第1実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号示す。
In the diesel engine 200, the transmitted light passage portion of the
If comprised in this way, the transmitted light passage part of the
Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals.
本発明によれば、光スペクトラムアナライザ装置を用いてのガス成分の検出データの検出精度を上げて、かかる検出データを用いてのエンジンの安定運転、排気ガスの浄化等を実現可能とした光スペクトラムアナライザ装置を備えた内燃機関を提供できる。 According to the present invention, an optical spectrum capable of improving the detection accuracy of detection data of gas components using an optical spectrum analyzer device and realizing stable operation of the engine, purification of exhaust gas, etc. using the detection data. An internal combustion engine provided with an analyzer device can be provided.
100 ガスエンジン
200 ディーゼルエンジン
1 光スペクトラムアナライザ
2 光源
01 コントローラ
100 Gas Engine 200
Claims (6)
光源から発射され、被測定部を通過した透過光(以下、透過光通過部という)を入射させるための入射部と、前記入射部から入射された被測定光を受ける回折格子と、前記入射された被測定光に対して前記回折格子から出射される回折光を反射面で受けて前記回折格子へ反射する反射体と、前記反射体から出射された反射光に対して前記回折格子から出射される回折光を受ける受光素子と、前記回折格子に対する前記反射体の反射面の角度を変化させて、前記受光素子が受光する光の波長を可変にする反射体駆動手段とを備えてなる光スペクトラムアナライザを具え、
前記透過光通過部をガスエンジンの燃料ガス供給系路を構成するLNGタンク及び燃料ガス供給系及び燃料ガス管の空気過剰率制御装置の下流側に設置し、前記光源から発射され前記燃料ガス供給系及び燃料ガス管内の燃料ガス中を透過した透過光を、前記光スペクトラムアナライザの受光素子で受光することにより、該受光素子を介して燃料ガス中のCH4(メタン)の組成成分と、空気過剰率制御装置下流側におけるO2成分とを、検出してコントローラに入力し、該コントローラにおいて、前記CH4(メタン)及びO2(酸素)成分の検出値に基づき点火プラグの点火タイミングと空気過剰率制御装置における空気過剰率と給気圧力とを制御することを特徴とする光スペクトラムアナライザ装置を備えたガス内燃機関。 In a gas internal combustion engine configured to mix fuel gas stored in a fuel gas tank with air in a supply passage through a fuel gas passage, and supply the mixed gas to a combustion chamber of the engine to ignite and burn,
An incident part for allowing transmitted light (hereinafter referred to as a transmitted light passing part) emitted from a light source and passing through the measured part to enter, a diffraction grating for receiving the measured light incident from the incident part, and the incident light A reflector that receives the diffracted light emitted from the diffraction grating with respect to the measured light and reflects it to the diffraction grating, and the reflected light emitted from the reflector is emitted from the diffraction grating. An optical spectrum comprising: a light receiving element that receives the diffracted light; and a reflector driving means that changes the angle of the reflecting surface of the reflector with respect to the diffraction grating to vary the wavelength of the light received by the light receiving element. With an analyzer,
The transmitted light passing section is installed on the downstream side of the LNG tank and the fuel gas supply system and the excess air ratio control device of the fuel gas pipe constituting the fuel gas supply system path of the gas engine, and is emitted from the light source and supplied with the fuel gas. The transmitted light that has passed through the fuel gas in the system and the fuel gas pipe is received by the light receiving element of the optical spectrum analyzer, so that the composition component of CH 4 (methane) in the fuel gas and air The O 2 component on the downstream side of the excess rate control device is detected and input to the controller, where the ignition timing of the spark plug and the air are detected based on the detected values of the CH 4 (methane) and O 2 (oxygen) components. A gas internal combustion engine comprising an optical spectrum analyzer device that controls an excess air ratio and a supply air pressure in an excess ratio control device.
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