JP5409411B2 - 排ガスの煤検出方法および装置ならびにエンジンの燃焼特性監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、排ガスに含まれる煤を検出する排ガスの煤検出方法、および排ガスの煤検出装置、ならびに排ガスの煤検出装置を利用してエンジンの燃焼特性を監視する監視装置に関する。

たとえば特許文献１には、煤粒子検出センサおよびそれを利用したディーゼルパティキュレートフィルタ装置とその制御方法が開示されている。この発明は、煤粒子を含むガスの通路に、第１メタルハニカムと第２メタルハニカムとを離間配置し、第１メタルハニカムに負の電圧を印加して導電率の高い煤粒子を接触させることにより煤粒子をマイナスイオン化し、第２メタルハニカムに正の電圧を印加してマイナスイオン化した煤粒子を第２メタルハニカムに接触させてその電子を放出させて中性の煤粒子に戻す。この時に、第１メタルハニカムと第２メタルハニカムとの間に流れる電流を電流計により検出することで、煤粒子の量を検出することができる。

特開２００２−２８５８２２号公報

しかしながら、特許文献１の装置を排ガス量の多い舶用エンジンなどに適用すると、装置が大型化してコストが高くなるという問題があった。
本発明は上記問題点を解決して、装置を小型化できて、容易かつ低コストで実施できる排ガスの煤検出方法および装置ならびにエンジンの燃焼特性監視装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の排ガスの煤検出方法は、
排ガスに臨んで液面が配置された光透過性のオイルに、排ガスに同伴された煤を捕捉させて沈降させ、
所定時間ごとに前記オイル中に検査光を投光して、この検査光の光度からオイルの透明度の時間的な変化を検出し、排ガスに含まれる煤の量を検出するものである。

請求項２記載の排ガスの煤検出装置は、
排ガスダクトの底部壁面に開口部を形成し、
当該開口部に、排ガスダクトに臨んで開口されて少なくとも対称部分が透明に形成されたカートリッジを取り付け、
当該カートリッジ内に、前記開口部近傍の液面で排ガスに同伴された煤を捕捉し沈降させる光透過性のオイルを収容し、
前記カートリッジの透明部の一方にオイル中に検査光を所定時間ごとに投光する投光器を設けるとともに、他方に前記検査光を検出する受光器を設け、
当該受光器で検出された光度からオイルの透明度を検出する透明度検出部を設け、
当該透明度検出部で検出されたオイルの透明度の時間的な変化量を求める煤量検出部を設けた
ものである。

請求項３記載の排ガスの煤検出装置は、請求項２記載の構成において、
排ガスダクトの開口部に対向して、排ガスの流れを均一化するとともに排ガスの流量を調整する整流板を、排ガスの流れ方向に沿って配置したものである。

請求項４記載のエンジンの燃焼特性監視装置は、
請求項２または３記載の排ガスの煤検出装置の煤量検出部により検出されたオイルの透明度と、良好な運転時のオイルの透明度とを比較して、エンジンの燃焼特性を判断する燃焼特性判断部を設けたものである。

請求項１記載の発明によれば、オイルの液面を排ガスに晒して排ガスに含まれる煤を捕捉させ、透明度検出器により、所定時間ごとに投光器からオイル中に投光された検査光の光度を検出して、オイルの透明度の時間的変化量を検出することにより、排ガスに含まれる煤量を容易に検出することができる。

請求項２記載の発明によれば、排ガスダクトの開口部でカートリッジの開口部を介して、排ガスに同伴された煤をカートリッジに収容されたオイルに捕捉させ、投光器からカートリッジ内のオイルに投光された検出光の光度を受光器で検出することにより、透明度検出部でオイルの透明度を検出し、煤量検出部で、オイルの透明度の時間的な変化量から煤量を検出することができ、簡単な小型の設備で、低コストに排ガスに含まれる煤の量を検出することができる。

請求項３記載の発明によれば、整流板により大容量の排ガスの一部を取り出して均一に整流することにより、排ガスに含まれる煤を安定して捕捉して精度良く煤の量を測定することができる。これにより、大容量の排ガスでも、小型の設備で煤を検出することができる。また、エンジンを停止した時に排ガスからオイル中に落下する煤の捕捉を防止することができ、測定精度を向上させることができる。

請求項４記載の発明によれば、運転特性判断部により、煤量検出部で検出されたオイルの透明度と、良好な燃焼特性時にエンジンから継続的に排出される排ガスの煤によるオイルの透明度とを比較して、エンジンの燃焼特性を判断することができる。

本発明に係る排ガスの煤検出装置を有するエンジンの燃焼特性監視装置の実施例を示し、排ガスダクトの要部を示す縦断面図である。 図１に示すＡ−Ａ断面図である。 ディーゼルエンジンから排出された排ガスから継続的に煤を捕捉した煤捕捉時間と、煤検出装置において光電検出器で検出したオイルの光度変化を示すグラフである。

以下、本発明に係る排ガスの煤検出装置を利用したエンジンの燃焼特性監視装置の実施例を図１〜図３に基づいて説明する。
この煤検出装置１０は、たとえば舶用ディーゼルエンジンの排ガスダクト１１に設置され、排ガスに同伴される煤（未燃炭素粒子）を継続的に捕捉して、エンジンの燃焼特性を監視するためのもので、排ガスダクト１１の底壁１１ａに形成された開口部に装着部材１２を介して取り付けられた検出用のカートリッジ（オイルバス）１４と、このカートリッジ１４に収容されて排ガスＧに同伴された煤を捕捉する光透過性の高い（透明または透光性を有する）オイル１６と、カートリッジに検査光を投光および受光する投光器２１および受光器である光電検出器（フォトディテクター）２２と、前記光電検出器２２により検出された光度からオイル１６の透明度を検出する透明度検出器２３と、オイル１６の透明度の時間的な変化量を求める煤量検出部２４と、透明度検出器２３で検出されたオイル１６の透明度の測定値を記憶するメモリ２５とを具備している。もちろん、煤量検出部２４で求められた透明度から煤量を表示手段２７に表示することもできる。

排ガスダクト１１はたとえば円筒形で、その設置箇所は、排ガスの流れが略水平方向に均一に流送される部位が選択される。そして装着部材１２の装着穴１３の内周面とカートリッジ１４の上部外周面には、互いに螺合するねじ部１５が形成されている。１８は、カートリッジ１４を使用しない時に装着穴１３を閉鎖する閉鎖プラグである。

前記カートリッジ１４は、上面開口の円筒形容器に形成されて、オイル１６が収容されている。このオイルは、２００〜４００℃程度に加熱されても蒸発がほとんどなく、かつ光の透過性に優れたものが選択され、オイル１６の液面１６ａが上面開口の近傍位置になるように充填量が設定されている。前記装着部材１２には、カートリッジ１４の底部からカートリッジ１４の横断面で径方向に沿ってオイル１６中に検査光Ｒを投光する投光器２１と、投光器２１の対称位置に配置されて検査光Ｒを検出する光電検出器２２が取付部材１７Ａ，１７Ｂを介して設置されている。ここでカートリッジ１４は、全体を透明としたが、横断面で径方向に対称な位置の検査光Ｒの投光部と受光部のみが透明であるものでもよい。

このエンジンの燃焼特性監視装置は、前述の煤検出装置１０を含み、さらにメモリ２５に入力されて、エンジンの燃焼特性が良好な場合のオイル１６の透明度の時間的な変化量（図３、透明度曲線Ｓ）を示す透明度データ３０と、エンジンの運転開始から一定時間ごと（たとえば１日に数回）に透明度検出器２３により検出されたオイル１６の透明度（たとえば透明度曲線Ａ）の時間的な変化量と、前記透明度データ３０とを比較してエンジンの燃焼特性を判断する運転特性判断部２６と、この運転特性判断部２６からの信号に基づいて表示または作動される画像装置やプリンタ、警告ランプ、警告ブザーなどからなる表示手段２７とを具備している。

また排ガスダクト１１内に、底壁１１ａから一定間隔をあけて、装着穴１３の上方を通過する排ガスＧを整流して均一に流すとともに、エンジンを停止した時に排ガスダクト１１内で上方から落下する煤の混入を防ぐ整流板３１が設置されている。この整流板３１は、たとえば排ガスダクト１１の底壁１１ａと同一軸心状の円弧形断面で、支持部材３２を介して底壁１１ａに支持され、その長さと幅は、分流した一部の排ガスＧを整流して均一に流すことができる大きさに形成されている。これは排ガスＧに偏流や乱れが生じると、オイル１６に捕捉される煤の量にばら付きが生じ、適正な煤の量が捕捉できないからである。

なお、図２では、整流板３１を底壁１１ａと同一軸心状の円弧形断面に形成したが、分流した一部の排ガスＧを整流して均一に流すことができる形状であれば、円弧形断面に限るものではない。また排ガスＧの流量が少ない時には、整流板３１を設ける必要がない。

図３に示すように、煤の捕捉時間（エンジンの運転時間）と検査光の光度（透明度）と関係を示す。この透明度曲線Ｓは予め実験などにより求められたもので、エンジンの燃焼特性が良好な場合、煤は一定の割合で発生して排ガスＧに同伴して排出される。煤がカートリッジ１４内のオイル１６に捕捉されて、透明度曲線Ｓに示すように、オイル１６の透明度の時間的な変化量が、捕捉時間の経過にほぼ比例して低下し、光電検出器２２により検出された検出光Ｒの光度が一定の割合で低下する。しかし、エンジンの燃焼特性が悪化すると、透明度曲線Ａに示すように、オイル１６の透明度の時間的な変化量が捕捉時間の経過に対して増加し、光電検出器２２により検出される検出光Ｒの光度が途中から大きく低下してオイル１６の透明度が大幅に減少する。

ここで、煤量検出部２４では、図３のたとえば透明度曲線Ａに示すように、煤の捕捉時間ｔ１に対するオイルの透明度ｃ１から煤量を求め、また排ガス監視装置２６では、透明度曲線Ａから求めた煤量と、透明度曲線Ｓに示すように、良好の燃焼特性時の透明度データにおいて煤の捕捉時間ｔ１に対するオイルの透明度ｃ２から求められた煤量とを比較して燃焼特性を判断する。

上記構成において、エンジンが始動されると同時に、新しいカートリッジ１４を装着して煤の捕捉を開始し、煤検出装置１０により一日に数回の程度の間隔で検出光Ｒの光度を測定する。そして運転特性判断部２６では、煤量検出部２４で求められた測定値をメモリ２５に保存するとともに、予めメモリ２５に保存された図３に示す良好な燃焼特性時のオイル２６の透明度データ（透明度曲線Ｓ）と比較し、良好な燃焼特性時と同程度の閾値内であれば、良好な燃焼特性状態と判断し、良好な燃焼状態の閾値を超えているようであれば、異常な燃焼状態と判断し、表示手段２７に、煤量やエンジンの燃焼特性が良好か異常かの表示を行う。エンジンの燃焼特性が大きく悪化している場合には、運転技術者がエンジンのメンテナンス期間を短縮したり、エンジンの調整を行う。また運転特性判断部２６から表示手段２７を介してエンジンの燃焼特性が悪化時に警告することもできる。

上記第１の実施例によれば、カートリッジ１４内のオイル１６の液面１６の上方に、排ガスＧを液面１６aと略平行に流送させ、排ガスＧに同伴される煤を、液面１６ａを介してオイル１６に継続的に捕捉させる。そして所定時間ごとに、煤により透明度が低下するオイル１６中に検査光Ｒを投光し、その検査光Ｒの光度を光電検出器２２により検出し、透明度検出器２３によりオイル１６の透明度を測定し、煤量検出部２４でオイル１６の透明度の時間的な変化量から排ガスＧ中の煤の量の増減を測定する。そして、このオイル１６の透明度の時間的な変化量を継続的に検出し、運転特性判断部２６で良好な燃焼特性時のオイル１６の透明度と比較することにより、エンジンの燃焼特性を監視することができる。これにより、エンジンの燃焼特性を低コストで簡単な小型の装置で監視することができ、エンジンに対する運転調整やメンテナンスを好適に実施することができる。

また、排ガスダクト１１内で開口部１３ａの上方に一定間隔をあけて整流板２５を配置したので、排ガスＧを均一に流送して安定して煤を捕捉できるとともに、エンジンを停止した時に、上方からオイル１６に落下する煤を防止することができ、測定精度を向上させることができる。

Ｇ 排ガス
Ｒ 検査光
１０ 煤検出装置
１１ 排ガスダクト
１１ａ 底壁
１３ 装着穴
１４ カートリッジ
１６ オイル
１６ａ 液面
１９ 測定部
２１ 投光器
２２ 光電検出器（受光器）
２３ 透明度検出部
２４ 煤量検出部
２５ メモリ
２６ 運転特性判断部
２７ 表示手段
３０ 透明度データ
３１ 整流板

Claims (4)

1. 排ガスに臨んで液面が配置された光透過性のオイルに、排ガスに同伴された煤を捕捉させて沈降させ、
   所定時間ごとに前記オイル中に検査光を投光して、この検査光の光度からオイルの透明度の時間的な変化を検出し、排ガスに含まれる煤の量を検出する
   ことを特徴とする排ガスの煤検出方法。
2. 排ガスダクトの底部壁面に開口部を形成し、
   当該開口部に、排ガスダクトに臨んで開口されて少なくとも対称部分が透明に形成されたカートリッジを取り付け、
   当該カートリッジ内に、前記開口部近傍の液面で排ガスに同伴された煤を捕捉し沈降させる光透過性のオイルを収容し、
   前記カートリッジの透明部の一方にオイル中に検査光を所定時間ごとに投光する投光器を設けるとともに、他方に前記検査光を検出する受光器を設け、
   当該受光器で検出された光度からオイルの透明度を検出する透明度検出部を設け、
   当該透明度検出部で検出されたオイルの透明度の時間的な変化量を求める煤量検出部を設けた
   ことを特徴とする排ガスの煤検出装置。
3. 排ガスダクトの開口部に対向して、排ガスの流れを均一化するとともに排ガスの流量を調整する整流板を、排ガスの流れ方向に沿って配置した
   ことを特徴とする請求項２記載の排ガスの煤検出装置。
4. 請求項２または３記載の排ガスの煤検出装置の煤量検出部により検出されたオイルの透明度と、良好な運転時のオイルの透明度とを比較して、エンジンの燃焼特性を判断する燃焼特性判断部を設けた
   ことを特徴とするエンジンの燃焼特性監視装置。

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