JPH11107771A - ディーゼルエンジンの燃焼室のカーボン除去のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディーゼルエンジンに供給される燃料のセタ
ン価の測定方法と装置を提供すること。 【解決手段】 本発明によれば、燃料のセタン価測定用
ディーゼルエンジンの燃焼室では、二つの測定周期の
間、すなわち８０〜１６０秒の間、燃焼室内で気体中に
強い乱流を生み出すことによってカーボン除去が行われ
る。この発明は、研究実験室、試験実験室、および原油
処理プラントのこれらの燃料の製造部門に適用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンの燃焼室のカーボン除去のための方法及び装置に関
し、このエンジンではディーゼルエンジンに供給される
燃料のセタン価の測定が意図されている。

【０００２】本発明は、実験室、試験所、および原油処
理プラントのこれらの燃料を製造する部間で利用でき
る。

【０００３】

【従来の技術】ディーゼルエンジンに供給される燃料の
セタン価測定方法およびこの方法の実施装置は特許ＦＲ
２７０１１１８に記載されている。

【０００４】この方法によれば、ディーゼルエンジンに
供給される燃料のセタン価の値は、その燃料をセタン価
が知られている基準燃料と比較することによって測定さ
れる。

【０００５】これらの供給および基準燃料はそれぞれ別
々の自然点火遅れを有するので、この方法では、一定の
圧縮比と一定の噴射アドバンスを有し、前記基準燃料お
よび前記供給燃料を交互に供給され、一定速度で回転す
る測定用ディーゼルエンジンを使用し、基準燃料のセタ
ン価の値をもとにして、また基準燃料と供給燃料で別々
に測定された自然点火遅れの値をもとにして、供給燃料
のセタン価を算出する。

【０００６】この方法を実施するために使用される知ら
れている装置は本質的に以下のものを備えている。

【０００７】可変容積圧縮比を有する単気筒エンジン、
噴出アドバンスを手動で調節可能にするマイクロメータ
手段を装着した噴出ポンプ、燃料噴出装置、圧縮比を調
節可能にする制御棒を作動させることによって位置変更
が可能なピストンプランジャ、エンジンに供給可能な燃
料の自然点火遅れを測定する手段。

【０００８】この方法およびこの装置で得られた結果は
あまり信頼性が高くない。

【０００９】また、時間の経過につれて測定値の大きな
ドリフトが観測され、工程ライン上にエンジンが使用さ
れ、燃料のセタン価をその生成中に連続的に測定する場
合、これが特に厄介になる。

【００１０】これらの相違およびこの経時的ドリフトの
原因は、特に、エンジンの燃焼室、すなわち空気と燃料
の混合気体の圧縮が行われる容積の壁面に堆積したカー
ボンとして知られている燃料燃焼の個体残留物である。

【００１１】これらのカーボン堆積物を除去するための
一つの知られている方法は、以下の操作を定期的に５０
稼働時間毎に実行することにある。

【００１２】噴射装置およびピストンプランジャを取り
外すこと。

【００１３】ブラシなどの適切な道具を使用してこれら
二つの構成要素の壁面に堆積したカーボンを機械的に除
去すること。

【００１４】これら二つの構成要素を注意深く清掃する
こと。

【００１５】最後にそれらを再び装着すること。

【００１６】これらの操作を完了するのに要する時間は
約１時間であり、その間このエンジンを使用して測定を
行うことはできない。このエンジンが研究室で使用され
ている場合、この利用不可能になる頻度と期間は障害で
ある。燃料のセタン価をその生成中にインライン測定す
る目的でエンジンを使用する場合、この頻度と期間のた
めにこの方法は適用不可能になる。こうなる理由は、こ
の測定結果が１時間の中断も許容できない製造品の品質
を調整および制御するプロセスで使用されるからであ
る。

【００１７】この方法によって得られる結果の信頼性は
並である。たとえば、セタン価が４９の燃料では、３．
８程度の再現性誤差が観測されている。

【００１８】さらに、この方法は有資格機械工の介在を
必要とし、自動化することができない。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、これ
らの欠点を克服し、詳細には、ディーゼルエンジン用の
燃料のセタン価を測定する目的で、エンジンのカーボン
除去を行うための自動的装置および方法を提供すること
である。

【００２０】この方法および装置は、実験用エンジンの
場合も、および燃料生産所内でインラインで動くエンジ
ンの場合も同様に容易に使用できる。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この目的で、本発明は、
ディーゼルエンジンの燃焼室のカーボン除去のための方
法であって、前記エンジンが、基準燃料の知られている
セタン価と比較することによって供給燃料のセタン価を
測定することを目的としており、前記燃料は、引火性混
合気体を構成するためにすでに空気が充満している燃焼
室内に交互に噴射され、二つの測定周期の間に、８０〜
１６０秒の間、引火性混合気体およびその燃焼によって
得られるガス中に強い乱流を生み出し、その結果少なく
とも部分的に燃焼室の壁面上に堆積した燃焼の固体残留
物を脱離することを特徴とする方法を提供する。

【００２２】この脱離効果は、燃焼室、特に壁面近くを
流れる気体速度が、安定した稼働状況での気体速度と比
較して増大する結果であり、それが生み出された乱流を
特徴づけている。

【００２３】本発明の方法の別の特徴によれば、ディー
ゼルエンジンが一定速度で、所定の噴射アドバンスと所
与の圧縮比で回転しており、エンジンに供給される燃料
が初期自然点火遅れを有している場合、この方法は以下
のステップを実行することからなる。

【００２４】２０〜４０秒の時間経過後、初期自己点火
遅れの１．０５〜１．２倍の自然点火遅れとなるように
圧縮比を減少させる操作。

【００２５】１〜１０秒の間、自然点火遅れを前記ステ
ップでの到達値に維持するように圧縮比を調節する操
作。

【００２６】４０〜８０秒の時間経過後、初期自然点火
遅れの０．８〜０．６倍の自然点火遅れとなるように圧
縮比を増大させる操作。

【００２７】１〜１０秒の間、自然点火遅れを前記ステ
ップの到達値に維持するように圧縮比を調節する操作。

【００２８】２０〜４０秒の時間をかけて自然点火遅れ
をその初期値へ戻すために圧縮比を減少させる操作。

【００２９】本発明は、またディーゼルエンジンの燃焼
室のカーボン除去のための装置であって、前記エンジン
が基準燃料の知られているセタン価と比較することによ
って供給燃料のセタン価を測定することを目的としてお
り、すでに空気が充満している燃焼室を備え、引火性混
合気体を構成するためにその中に前記燃料が噴射され、
二つの測定周期の間に、８０〜１６０秒間、引火性混合
気体およびその燃焼によって得られるガス中に強い乱流
を生み出し、その結果少なくとも部分的に燃焼室の壁面
上に堆積した燃焼の固体残留物を脱離することを特徴と
する装置を提供する手段を追加的に備えている。

【００３０】本発明の装置の持つ別の特徴によると、エ
ンジンは以下のものを備えている。

【００３１】圧力センサの一出力に接続されている、前
記燃料の自然点火遅れを測定する手段、その位置によっ
て圧縮比が決定される制御可能なピストンプランジャ。

【００３２】エンジンは一定速度で、所定の噴射アドバ
ンスと所与の圧縮比で回転しており、エンジンに供給さ
れる燃料が初期自然点火遅れを有しており、引火性混合
気体およびその燃焼によって得られるガス中に強い乱流
を生み出す手段が、以下の装置を備えている。

【００３３】自然点火遅れを測定する手段の一つの出力
およびメモリ記憶手段に接続されている処理装置、処理
装置の一出力に電気的に接続され、ピストンプランジャ
の制御装置に機械的に接続されている、エンジンに供給
される燃料の自然点火遅れをすばやく変化させるための
アクチュエータ。

【００３４】本発明の装置の最後の一特徴によれば、処
理装置はアクチュエータに以下の操作を行わせる制御信
号を生成する。

【００３５】２０〜４０秒の時間経過後、初期自然点火
遅れの１．０５〜１．２倍の自然点火遅れとなるように
ピストンの位置を変更する。

【００３６】１〜１０秒の間、自然点火遅れを前記操作
終了時の到達値に維持するようにピストンの位置を調節
する。

【００３７】４０〜８０秒の時間経過後、初期自然点火
遅れの０．８〜０．６倍の自然点火遅れとなるようにピ
ストンの位置を変更する。

【００３８】１〜１０秒の間、自然点火遅れを前記操作
終了時の到達値に維持するようにピストンの位置を調節
する。

【００３９】２０〜４０秒の時間をかけて自然点火遅れ
をその初期値へ戻すためにピストンの位置を変更する。

【００４０】本発明により、カーボン除去操作でエンジ
ンが使用不能になるのが、比較的短時間、つまり８０〜
１８０秒となり、これは研究室でのエンジン使用のた
め、あるいは燃料のセタン価をその生成中にインライン
測定するためには完全に受け入れ可能なことである。

【００４１】また、本発明により、噴出装置およびピス
トンプランジャを取り外して清掃を行う必要頻度を少な
くすることが可能になり、したがって同じ程度に専門機
械工による干渉回数も少なくすることが可能となる。同
時に他方では測定結果の信頼性が向上する。

【００４２】本発明の方法のもう一つの有利な点は、自
動化が可能なことである。

【００４３】

【発明の実施の形態】本発明は、添付図面を参照した以
下の説明を読めばより良く理解されるであろう。

【００４４】一般に、本発明の方法および装置は、ディ
ーゼルエンジン用の燃料のセタン価を測定するためのエ
ンジンからカーボン除去するために使用される。

【００４５】図１に図示されている実施の形態によれ
ば、本発明の装置は以下のものを備えている。

【００４６】気筒１２、接続棒１１によってクランクシ
ャフト７へ接続されているピストン３、回転制御装置１
８によって位置調整が可能なピストンプランジャ４、お
よび燃料噴射装置５を備え、管路２によって燃料が供給
されるＷａｕｋｈｅｓａ製の単気筒ディーゼルエンジン
１、燃料がエンジンに噴射される瞬間に電気的パルスを
出す、噴射の瞬間を検出するためのセンサ９、一つの出
力１４上にこの気圧を表す電気信号を与える、燃焼室１
３の気圧を測定するためのセンサ６、センサ６の出力１
４およびセンサ９の一つの出力に接続されている、エン
ジンに供給される燃料の自然点火遅れを測定するための
手段１０、１：２０の減速比のギア装置に連結され、ピ
ストンプランジャ４の回転を制御するためにその出力シ
ャフトがコントローラ１８に機械的に接続されている、
２００制御ステップで１回転するステップ制御モータを
備えるアクチュエータ８、自然点火遅れを測定する手段
１０の一つの出力１５に接続されており、その接続先で
あるアクチュエータ８のための制御信号を一つの出力１
７上に送る処理装置１６、その接続先である処理装置１
６に関連するメモリ記憶手段１９。

【００４７】エンジンの圧縮比は、ピストンプランジャ
４の位置を変化させることによって調整することが可能
である。回転制御装置１８の各回転は、燃焼室１３の容
積を、したがって圧縮比をある量だけ変化させるだけの
ピストン４の長手方向の変位に対応する。

【００４８】そのセタン価を決定しなければならないあ
る燃料のセタン価を測定する１周期は、二つの部分に分
割でき、第一部分ではその間、約４９に等しい知られて
いるセタン価の基準燃料がエンジンに供給され、第二部
分ではその間、基準燃料のセタン価に近いものの、セタ
ン価が未知の燃料がエンジンに供給される。

【００４９】この測定周期は以下のように連続的に行わ
れる。

【００５０】この測定周期の第一部分では、エンジン１
は分速９００回転など一定速度で回転しており、噴射ア
ドバンスはクランク角１５°に等しく保たれており、最
初のいわゆるセットアップ段階の間、クランク角１４°
に等しい基準燃料の場合に所定の自然点火遅れが得られ
るように圧縮比が自動的に調節される。

【００５１】この圧縮比自動調節は以下のように行われ
る。

【００５２】処理装置１６は、自然点火遅れを測定する
手段１０の出力１５に接続されている一つの入力上で自
然点火遅れを表す電気信号を受信し、メモリ記憶手段１
９に記憶されている、この信号の値と１４°±０．２°
に等しい所定の基準値を比較する、最初のプログラムを
実行し、従来の調整アルゴリズムを使用して、出力１７
上に与えられる作動信号の値を計算する。

【００５３】自然点火遅れが所定の基準値に等しくなる
まで、この信号が、ピストン４の位置を変更するアクチ
ュエータ８の入力に供給される。

【００５４】測定周期の第一部分の第二段階の間、セッ
トアップ段階の終わりにピストンプランジャが達した位
置を変えることなく、基準燃料の自然点火遅れの平均値
を約５５秒間測定される。

【００５５】測定周期の第二部分では、セタン価が未決
定の供給燃料をエンジンに供給し、エンジンの圧縮比を
変化させずに、つまりセットアップ段階の終わりにピス
トンプランジャの達した位置を変えずに、エンジンの作
動を第一段階の間安定化させ、次に第二段階の間は供給
燃料の自然点火遅れの平均値を約５５秒間測定する。

【００５６】供給燃料のセタン価は以下の知られている
公式を用いて計算される。

【００５７】 Ｉｃｘ＝Ｉｃｒｅｆ＋Ｋ（Ｄｍｅｓ−Ｄｒｅｆ） 上式で、Ｉｃｘは供給燃料のセタン価の値であり、Ｉｃ
ｒｅｆは基準燃料のセタン価の値であり、Ｄｒｅｆは、
測定周期の第一部分の第二段階の間に測定されるような
基準燃料の自然点火遅れの平均値に等しく、Ｄｍｅｓ
は、測定周期の第二部分の第二段階の間に測定されるセ
タン価が未決定の燃料の自然点火遅れの平均値に等し
く、Ｋは、セタン価が精確に知られている燃料を使用す
るエンジンに関して事前の較正操作によって実験的に求
められた定数である。

【００５８】基準燃料のセタン価と供給燃料のセタン価
は互いに近いので、同一のエンジン作動条件では、これ
ら二つの燃料は同様の自然点火遅れを有する。

【００５９】本発明により、図１に示した装置によって
実施されるディーゼルエンジンからカーボン除去を行う
方法は、エンジンの燃焼室内で、燃料と空気の引火性の
強い混合気体中、および燃焼によって生じるガス中で乱
流を起こすことにある。

【００６０】この乱流は、３測定周期ごとに、たとえば
第三測定周期の第二部分の終わりで、次のようにして定
期的に生み出される。エンジンには基準燃料が供給され
る。処理装置１６がメモリ記憶手段１９に記憶されてい
る第二プログラムを実行し、これは以下一連のステップ
をトリガする効果を有する。

【００６１】約２５秒に等しい時間後に、供給燃料の自
然点火遅れが約１６°の値に達するように圧縮比を減少
させる形でアクチュエータ８を制御するために、処理装
置の出力１７上に電気信号を送るステップ。

【００６２】自己点火遅れをこの１６°の値に約５秒間
保つための信号を計算して、処理装置の出力１７上に送
るステップ。

【００６３】約４０秒の時間後に、供給燃料の自然点火
遅れが約１０°の値に達するように圧縮比を増大させる
形で、アクチュエータ８を制御するために、処理装置の
出力１７上に電気信号を送るステップ。

【００６４】自然点火遅れをこの１０°の値で約５秒間
保つための信号を計算して、処理装置の出力１７上に送
るステップ。

【００６５】約２５秒の時間長の後に、供給燃料の自然
点火遅れが約１４°の値に達するように圧縮比を減少さ
せる形でアクチュエータ８を制御するために、処理装置
の出力１７上に電気信号を送るステップ。

【００６６】この一連の事象が完了すると、さらに三回
の測定周期が連続して始まり、その終わりに炭素除去の
ステップが再び実施される。

【００６７】得られたセタン価測定結果の再現性は２．
５ポイント以内であり、噴射装置およびピストンプラン
ジャは１００稼働時間毎に取り外して清掃する。

【００６８】本発明の別の実施の形態によれば、カーボ
ン除去ステップは、エンジンには基準燃料が供給される
測定周期の第一部分に続いて行われる。

【００６９】前述の本発明の二つの実施の形態は非限定
的な例として示したものである。

【００７０】カーボン除去の頻度は、燃料の性質、それ
らの燃料がエンジンを汚す傾向、および供給燃料のセタ
ン価測定のドリフトに合わせて、所与の応用例に受け入
れ可能と見なせるように実験的に容易に調節される。

【００７１】図２は、エンジンに供給される燃料の自然
点火遅れＤｉのクランク角度で表した変化を示し、前述
の第一の実施の形態に従って時間の関数として示すもの
である。

【００７２】時間間隔１、２、および３は三つの連続し
た測定周期に対応し、各間隔は、エンジンに知られてい
るセタン価の基準燃料が供給される第一部分、およびエ
ンジンにセタン価が未決定の供給燃料が供給される第二
部分を含んでいる。時間間隔１の間に行われる測定周期
では、これら二つの測定周期部分はそれぞれ１ａおよび
１ｂと識別される。

【００７３】本発明のカーボン除去方法の諸ステップ
は、時間間隔４の間に行われ、その間、本発明の方法に
従って、エンジンの圧縮比の変化によって引き起こされ
る、エンジンに供給される燃料の自然点火遅れの揺らぎ
が、はっきりと見て取れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ディーゼルエンジン用燃料のセタン価を測定す
るためのエンジンの主要構成要素、および本発明の記述
に従ってそのエンジンからカーボン除去するための付随
的構成要素を図式的に示す図である。

【図２】本発明の記述に従って、燃料のセタン価のイン
ライン測定のためにディーゼルエンジンに供給される燃
料の自然点火遅れの経時変化を示す図である。

【符号の説明】

１ ディーゼルエンジン ２ 管路 ３ ピストン ４ ピストン（ピストンプランジャ） ５ 燃料噴射装置 ６ センサ ７ シャフト ８ アクチュエータ ９ センサ １０ 手段 １１ 接続棒 １２ 気筒 １３ 燃焼室 １４ 出力 １５ 出力 １６ 処理装置 １７ 出力 １８ 回転制御装置 １９ メモリ記憶手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディーゼルエンジン（１）の燃焼室のカ
   ーボン除去のための方法であって、前記エンジンが、基
   準燃料の知られているセタン価と比較することによって
   供給燃料のセタン価を測定することを目的としており、
   前記燃料は、引火性混合気体を構成するためにすでに空
   気が充満している燃焼室（１３）内に交互に噴射され、
   二つの測定周期の間に、８０〜１６０秒間、引火性混合
   物およびその燃焼によって得られるガス中に強い乱流を
   生み出し、その結果少なくとも部分的に燃焼室（１３）
   の壁面上に堆積した燃焼の固体残留物を脱離することを
   特徴とする方法。
2. 【請求項２】 ディーゼルエンジン（１）が一定速度
   で、所定の噴射アドバンスと所与の圧縮比で回転してお
   り、かつエンジンに供給される燃料が初期自然点火遅れ
   を有しており、 ２０〜４０秒の時間経過後、初期自然点火遅れの１．０
   ５〜１．２倍の自然点火遅れとなるように圧縮比を減少
   させるステップと、 １〜１０秒の間、自然点火遅れを前記ステップの到達値
   に維持するように圧縮比を調節するステップと、 ４０〜８０秒の時間経過後、初期自然点火遅れの０．８
   〜０．６倍の間の自然点火遅れとなるように圧縮比を増
   大させるステップと、 １〜１０秒の間、自然点火遅れを前記ステップの到達値
   に維持するように圧縮比を調節するステップと、 ２０〜４０秒の時間をかけて自然点火遅れをその初期値
   へ戻すように圧縮比を減少させるステップとを実際する
   ことからなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 ディーゼルエンジン（１）の燃焼室（１
   ３）のカーボン除去のための装置であって、このエンジ
   ンが基準燃料の知られているセタン価と比較することに
   よって供給燃料のセタン価を測定することを目的として
   おり、すでに空気が充満している燃焼室（１３）を備
   え、引火性混合気体を構成するためにその中に前記燃料
   が噴射され、二つの測定周期の間に、８０〜１６０秒
   間、引火性混合気体およびその燃焼によって得られるガ
   ス中に強い乱流を生み出し、その結果少なくとも部分的
   に燃焼室（１３）の壁面上に堆積した燃焼の固体残留物
   を脱離する手段を追加的に備えていることを特徴とする
   装置。
4. 【請求項４】 エンジン（１）が、 燃焼室の圧力センサ（６）の一出力（１４）と噴射の瞬
   間を検出するためのセンサ（９）とに接続されている、
   前記燃料の自然点火遅れを測定する手段（１０）と、 その位置によってエンジン（１）の圧縮比が決定される
   制御可能なピストンプランジャ（４）とを備え、 エンジン（１）が一定速度で、所定の噴射アドバンスと
   所与の圧縮比で回転しており、エンジンに供給される燃
   料が初期自然点火遅れを有しており、引火性混合気体お
   よびその燃焼によって得られるガス中に強い乱流を生み
   出す手段が、 自然点火遅れを測定する手段（１０）の一出力（１５）
   およびメモリ記憶手段（１９）に接続されている処理装
   置（１６）と、 処理装置の一出力（１７）に電気的に接続され、ピスト
   ンプランジャ（４）の制御装置（８）に機械的に接続さ
   れている、エンジンに供給される燃料の自然点火遅れを
   すばやく変化させるためのアクチュエータ（８）とを備
   えることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 【請求項５】 処理装置（１６）が、 ２０〜４０秒の時間経過後、初期自然点火遅れの１．０
   ５〜１．２倍の自然点火遅れとなるようにピストン
   （４）の位置を変更する操作、 １〜１０秒の間、自然点火遅れを前記操作終了時の到達
   値に維持するようにピストン（４）の位置を調節する操
   作、 ４０〜８０秒の時間経過後、初期自然点火遅れの０．８
   〜０．６倍の自然点火遅れとなるようにピストン（４）
   の位置を変更する操作、 １〜１０秒の間、自然点火遅れを前記操作終了時の到達
   値に維持するようにピストン（４）の位置を調節する操
   作および２０秒と４０秒の間の時間をかけて自然点火遅
   れをその初期値へ戻すためにピストン（４）の位置を変
   更する操作をアクチュエータ（８）に行わせる制御信号
   を生成することを特徴とする請求項４に記載の装置。