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METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING FUEL QUALITY foreign

Patent code P110002534
File No. S2010-0299-N0
Posted date May 6, 2011
Application number P2010-018474
Publication number P2011-157834A
Patent number P4669931
Date of filing Jan 29, 2010
Date of publication of application Aug 18, 2011
Date of registration Jan 28, 2011
Inventor
  • (In Japanese)冨田 栄二
  • (In Japanese)森中 博
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人岡山大学
Title METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING FUEL QUALITY foreign
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To improve reliability and accuracy of quality determination in the quality determination of fuel such as diesel fuel.
SOLUTION: Values of an ignition delay and a flame spread rate regarding fuel to be determined are measured. If the measured value of the ignition delay falls within a range smaller than a reference line 71 or within a range greater than a reference line 72 as a first range according to the reference lines 71, 72 as first criterion for determining, it is determined whether or not the quality of the fuel to be determined is good based on good or poor quality of fuel determined by the first range. If the measured value of the ignition delay falls within a range from the reference line 71 to the reference line 72 as a second range according to the first criterion for determining, it is determined whether or not the quality of the fuel to be determined is good depending on whether or not the measured value of the flame spread rate falls within the range of a good-quality product according to a straight line 81 as a second criterion for determining.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

従来、主に外航船に用いられる舶用のディーゼルエンジンの燃料(ディーゼル燃料)として、重油が用いられている。重油は、原油の精製にともなって生じる残渣油を高い割合で含む。このような舶用のディーゼル燃料は、バンカー油とも称される。

バンカー油は、前記のとおり残渣油を高い割合で含むことから、原油の精製の方式や産地等によって、成分が異なり、品質が一定ではない。このため、自国以外の国の港に寄港して燃料(燃料油)の補給を行う外航船は、寄港した国によって原油の精製の方式等が異なることから、国ごとに品質の異なる燃料の補給を受ける。そして、国によっては外航船に劣悪な燃料が補給される場合がある。最近では特に、バンカー油からもガソリン等を精製する技術が発達していることから、バンカー油からガソリンが抽出されること等に起因して、バンカー油の低品質化が進む傾向にある。

劣悪な燃料が補給されることは、エンジンのトラブルを発生させる原因となる。とりわけ、舶用のディーゼルエンジンにおいては、最も深刻なトラブルの一つとしてスカッフィングが挙げられる。スカッフィングとは、エンジンにおいて潤滑油不足の状態でピストン(ピストンリング)がシリンダ(シリンダライナ)に対して摺動することで、シリンダの壁面に傷や亀裂等の損傷が生じることであり、程度によってはエンジンの故障を招く原因となる。

スカッフィングが発生するメカニズムは複雑であり、その発生原因にはエンジンの設計、潤滑油の熱耐性、エンジンの運転状況・メンテナンス不良等が考えられるが、主な発生原因の一つに、燃料の品質がある。具体的には、燃料が良質である場合、エンジンの燃焼室内に噴射された燃料は噴射終了後に燃え尽きてすぐに消えるため、ピストンとシリンダとの間の潤滑油が焼き付くことがない。これに対し、燃料が劣悪である場合、燃焼室内に噴射された燃料による高温の火炎が、燃料の噴射終了後においてシリンダの壁面の近くに残るため、ピストンとシリンダとの間の潤滑油が焼き付き、スカッフィングが生じる。このように、スカッフィングは、エンジンにおける潤滑性の悪化により発生する。

そこで、エンジンに補給される燃料の品質をあらかじめ検査することができれば、上記のようなエンジンのトラブルを回避することができる。燃料の品質に関し、ディーゼル燃料の場合、着火性が非常に重要である。着火しなければ、燃焼が開始しないからである。しかし、バンカー油(重油)については、一旦燃焼が開始しても、その後の燃焼性が悪い場合がある。このことは、上述したようにバンカー油が残渣油を高い割合で含むものであることや、バンカー油からガソリンが抽出されることによるバンカー油の低品質化が進んでいること等に基づく。

詳細には、重油からガソリンが抽出された残渣は、粘度が高すぎて燃料として使い物にならないが、この残渣に、重油からのガソリンの精製にともなって生じる副産物を混入することにより、粘度の調整が可能となる。ここで生じる副産物とは、ライトサイクルオイル等の、粘度が低く、着火性・燃焼性が悪い油成分である。したがって、この副産物の混入により粘度が調整されたバンカー油は、ガソリンが抽出されていないバンカー油に比べて、着火性・燃焼性の面で劣る。

このように、バンカー油においては、粘度が同程度であっても、着火性・燃焼性が全く異なる場合がある。このため、粘度や比重等に基づいてバンカー油の品質の検査を行うことは困難である。また、バンカー油は燃料であるので、本来、その成分を分析することで、着火性や燃焼性等の品質が評価されるべきであるが、残渣油を高い割合で含むバンカー油は炭素数が非常に多いため、現状では、成分の分析が技術的に困難である。このため、バンカー油の品質は実際に燃焼させてみないと検査することができないというのが実情である。

燃料を実際に燃焼させることで品質の検査を行う方法としては、主に、燃料の燃焼による熱発生率に基づいて品質を判定する方法と、燃料の燃焼にともなう火炎を観察することで燃料の燃焼状態に基づいて品質を判定する方法とがある。

前者の方法、つまり燃料の燃焼による熱発生率に基づく方法は、燃料が燃焼させられる燃焼室内の圧力変化を熱力学的に解析し、燃料の燃焼による熱発生率を算出することにより、燃料の燃焼状態を推定するというものである。しかしながら、燃焼室内の圧力変化に基づいて燃料の燃焼状態を推定することによっては、正しく燃料の品質を判定することが難しい。

一方、後者の方法、つまり燃料の燃焼状態に基づく方法は、燃焼室内における燃料の燃焼状態(火炎)を、観察窓を介してカメラ等によって直接的に観察することで、燃料の品質を評価するというものである。このように燃料の燃焼状態に基づく方法に、例えば特許文献1および特許文献2に記載されている技術がある。

特許文献1の技術は、燃料を噴射させ燃焼させたときの火炎の長さまたは噴射終了後に引き続いて燃焼する後燃え時間を指標とし、あらかじめ測定した良品の燃料についてのデータと、検査対象の燃料についてのデータとを比較することで、燃焼性の良否を判定しようとするものである。また、特許文献2の技術は、着火遅れ(燃料の噴射から着火までの時間)と燃焼開始直後の光量の変化率を指標とし、燃料のグレード分けや品質の判定を行うものである。

しかしながら、特許文献1の技術によれば、燃料の燃焼状態を観察するためのカメラに関し、燃料の品質の判定を行うために十分な時間分解能を得ることがコスト面等から困難であるという問題がある。また、燃料の品質の判定を行うためのデータの数が十分とは言えない。また、特許文献1および特許文献2を含む従来の品質判定は、燃料が実際に外航船等のエンジンにおいて使用された結果のデータに基づくものではない。したがって、従来の品質判定による判定結果は、その判定結果を得た燃料を実際に使用するに際し、信頼性の面で十分であるとは言えない。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、例えば舶用のディーゼルエンジン等に使用される重油等の燃料(燃料油)の品質検査に用いられる燃料品質判定方法および燃料品質判定装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
燃料を燃焼室内に噴射して燃焼させ、燃料の燃焼状態に基づいて燃料の品質を判定する燃料品質判定方法であって、
実際に使用された結果の燃焼障害の有無に基づく品質の良否が判明している複数の燃料についての燃料の噴射から着火までの時間である着火遅れの値および燃料の着火直後からの火炎の増大率である火炎拡大率の値それぞれを示す座標軸を有する座標平面上における前記各値の分布に基づき、前記着火遅れについて、該着火遅れの値が所定の値よりも小さい範囲および前記所定の値よりも大きい第二の所定の値よりも大きい範囲の少なくともいずれかの範囲であり、前記着火遅れの値から燃料の品質の良否が一義的に定まる第一の範囲、および前記所定の値と前記第二の所定の値との間の範囲であり、前記着火遅れの値から燃料の品質の良否が一義的に定まらない第二の範囲を区画する第一の判定基準と、
前記複数の燃料についての前記分布に基づき、前記第二の範囲を含む範囲で、前記火炎拡大率について、前記座標平面上の前記着火遅れの値に対応する前記火炎拡大率の値の良品の範囲を区画する第二の判定基準と、を用い、
判定対象の燃料についての前記着火遅れの値および前記火炎拡大率の値を測定し、
前記第一の判定基準により、前記着火遅れの測定値が前記第一の範囲のうち前記所定の値よりも小さい範囲にある場合は、判定対象の燃料の品質を良品と判定し、前記着火遅れの測定値が前記第一の範囲のうち前記第二の所定の値よりも大きい範囲にある場合は、判定対象の燃料の品質を不良品と判定し、
前記第一の判定基準により、前記着火遅れの測定値が前記第二の範囲にある場合は、前記第二の判定基準により、前記火炎拡大率の測定値が前記良品の範囲にあるか否かにより、判定対象の燃料の品質の良否を判定することを特徴とする燃料品質判定方法。

【請求項2】
 
記座標平面上に、
前記第一の判定基準を示す基準線と、前記第二の判定基準を示す基準線とを表示させるとともに、
判定対象の燃料についての前記着火遅れの測定値および前記火炎拡大率の測定値から定まる前記座標平面上の点を測定点として表示させることを特徴とする請求項1に記載の燃料品質判定方法。

【請求項3】
 
前記第二の判定基準による、前記火炎拡大率の測定値が前記良品の範囲にあるか否かの判定ができない場合、その場合における前記複数の燃料についての前記分布を得た際の前記燃焼室内の温度よりも低い温度で得た前記分布に基づく前記第二の判定基準を用い、前記火炎拡大率の測定値が前記良品の範囲にあるか否かの判定を行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料品質判定方法。

【請求項4】
 
噴射ノズルから噴射された燃料を燃焼させる燃焼室と、
前記噴射ノズルによる燃料の噴射前に前記燃焼室内の温度を調整するための温度調整手段と、
前記噴射ノズルによる燃料の噴射を制御するための噴射制御手段と、
前記燃焼室内における燃料の燃焼による火炎の光を検出する光検出手段と、
前記燃焼室内を撮像することで前記燃焼室内の燃料の燃焼の様子を含む連続的な画像データを取得する燃焼撮像手段と、
前記光検出手段による前記光の検出に基づいて前記噴射ノズルによる燃料の噴射から着火までの時間である着火遅れを測定する着火遅れ測定手段と、
前記火炎撮像手段により取得された前記画像データに基づいて前記噴射ノズルにより噴射された燃料の着火直後からの前記火炎の増大率である火炎拡大率を測定する火炎拡大率測定手段と、
前記着火遅れ測定手段により測定された前記着火遅れの測定値および前記火炎拡大率測定手段により測定された前記火炎拡大率の測定値に基づいて燃料の品質を判定する解析手段と、
を備え、
前記解析手段は、
実際に使用された結果の燃焼障害の有無に基づく品質の良否が判明している複数の燃料についての前記着火遅れの値および前記火炎拡大率の値それぞれを示す座標軸を有する座標平面上における前記各値の分布に基づき、前記着火遅れについて、該着火遅れの値が所定の値よりも小さい範囲および前記所定の値よりも大きい第二の所定の値よりも大きい範囲の少なくともいずれかの範囲であり、前記着火遅れの値から燃料の品質の良否が一義的に定まる第一の範囲、および前記所定の値と前記第二の所定の値との間の範囲であり、前記着火遅れの値から燃料の品質の良否が一義的に定まらない第二の範囲を区画する第一の判定基準と、
前記複数の燃料についての前記分布に基づき、前記第二の範囲を含む範囲で、前記火炎拡大率について、前記座標平面上の前記着火遅れの値に対応する前記火炎拡大率の値の良品の範囲を区画する第二の判定基準と、を用い、
前記温度調整手段および前記噴射制御手段を制御することで前記燃焼室内の温度を所定の温度として判定対象の燃料を前記噴射ノズルから噴射させて燃焼させて、
前記第一の判定基準により、前記着火遅れ測定手段により測定された判定対象の燃料についての前記着火遅れの測定値が前記第一の範囲のうち前記所定の値よりも小さい範囲にある場合は、判定対象の燃料の品質を良品と判定し、前記着火遅れの測定値が前記第一の範囲のうち前記第二の所定の値よりも大きい範囲にある場合は、判定対象の燃料の品質を不良品と判定し、
前記第一の判定基準により、判定対象の燃料についての前記着火遅れの測定値が前記第二の範囲にある場合は、前記第二の判定基準により、前記火炎拡大率測定手段により測定された判定対象の燃料についての前記火炎拡大率の測定値が前記良品の範囲にあるか否かにより、判定対象の燃料の品質の良否を判定する、
燃料品質判定装置。

【請求項5】
 
前記解析手段は、
記座標平面上に、前記第一の判定基準を示す基準線と、前記第二の判定基準を示す基準線とを表示するとともに、判定対象の燃料についての前記着火遅れの測定値および前記火炎拡大率の測定値から定まる前記座標平面上の点を測定点として表示する表示部を有する、
請求項4に記載の燃料品質判定装置。

【請求項6】
 
前記解析手段は、
前記第二の判定基準による、前記火炎拡大率の測定値が前記良品の範囲にあるか否かの判定ができない場合、その場合における前記複数の燃料についての前記分布を得た際の前記燃焼室内の温度よりも低い温度で得た前記分布に基づく前記第二の判定基準を用い、前記火炎拡大率の測定値が前記良品の範囲にあるか否かの判定を行う、
請求項4または請求項5に記載の燃料品質判定装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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