专利名称：柴油发动机燃料健全性控制系统及柴油发动机燃料健全性评价方法
技术领域：
本发明涉及可适当地应对低劣燃料等情况的柴油发动机燃料健全性控制系统及柴油发动机燃料健全性评价方法。
背景技术：
由于柴油发动机中接收了点火性、燃烧性不好的燃料(所谓的低劣燃料)，会产生因燃烧室热负荷增大而导致的可靠性降低的问题。柴油发动机，特别是在采用重质油作为燃料的柴油发动机中，存在起因于燃料性状的可靠性降低的问题，但除在燃料性状中存在很多参数以外，还不具备在线(on-line) 监测燃料性状的技术，难以进行故障诊断。以往，作为柴油发动机的故障诊断，存在将燃烧压力作为指标的方法，但是由于不能直接地掌握燃料性状，所以作为故障诊断难以实现正确的把握。另外，在重质油等的燃料性状中，MCR(残碳量)是重要的参数，但是由于以往的测量方法是采取样品进行计测，所以在判明该计测结果前，除费时以外，还存在难以实现自动化，不能在线监测燃料性状的问题。以往的MCR的计测，规定于JIS K 2270中(非专利文献1)。在此，所述MCR (残碳量)是指，将使试样在空气流通少的状态下蒸发及热分解时产生的焦炭状炭化残留物称为残碳，而以重量％表示的值。此实验方法中，有JIS K 2270 中规定的“康拉孙(Conradson)法”和“微量(Micro)法”。所述“康拉孙法”是使用规定的康拉孙残留碳分试验仪，称量3 IOg试样放入到坩埚中，在规定的条件下进行预热、产生的油蒸气的加热、残留物的灼烧和放冷后的称量， 从而求出残留碳分。相对于该法，“微量法”是使用规定的微量残留碳分试验仪，称量0. 15 5g试样放入到试验容器中，在放入焦化炉后将炉内部置换成氮气氛，然后在规定的条件下进行预热、 加热和放冷后的称量，从而求出残留碳分。非专利文献1 JIS K 2270

发明内容
然而，对于JIS中规定的试验方法，其现状是在批处理的同时无法实现利用自动化的在线分析。近年来，作为低劣燃料的只调整了比重的低劣燃料等如果在接收试验中通过了比重试验，则在燃料的组成不明的状态下，接收作为大型船舶的燃料，在航行途中，有在发动机的点火性、燃烧性方面产生问题的情况。因此，尤其期望即使在船舶用柴油发动机中接收了点火性、燃烧性不好的燃料 (所谓的低劣燃料)的情况下，在航行途中也能够迅速地应对，防止由燃烧室热负荷增大而引起的可靠性降低于未然，提高发动机的可靠性。本发明鉴于上述问题而创立，其课题在于，提供一种柴油发动机燃料健全性控制系统及柴油发动机燃料健全性评价方法，其中，例如即使在船舶用的柴油发动机中接收了点火性、燃烧性不好的燃料的情况下，也可在线防止由该航行中的燃烧室热负荷增大而引起的可靠性降低于未然，而提高发动机的可靠性。用于解决上述课题的本发明的第一项发明，是一种柴油发动机燃料健全性控制系统，其特征在于，具备密度计测仪，实时地计测柴油发动机的燃料中的密度；MCR计测仪， 实时地计测柴油发动机的燃料中的残碳量(MCR)；和控制装置，当求出燃料中的密度及残碳量(MCR)的值后的结果在预先求得的密度和MCR之间的特性映射的健全性范围以外时， 变更柴油发动机运转模式。第二项发明，如第一项发明中的柴油发动机燃料健全性控制系统，其特征在于，通过超声波速度计或介电常数计求出燃料中的密度。第三项发明，如第二项发明中的柴油发动机燃料健全性控制系统，其特征在于，对密度计测仪的计测结果进行温度校正。第四项发明，如第一项发明中的柴油发动机燃料健全性控制系统，其特征在于，通过燃料的透光率的强度比求出残碳量(MCR)。第五项发明，是一种柴油发动机燃料健全性评价方法，其特征在于，实时地计测燃料中的密度及残碳量(MCR)，求出燃料中的密度及残碳量(MCR)的值，在该结果在健全性范围以外时，变更柴油发动机运转模式。第六项发明，如第五项发明中的柴油发动机燃料健全性评价方法，其特征在于，所述健全性范围为密度(D) = X1XMCR-X2士X3。在此，Xl为比例系数，X2为密度系数，X3为燃料的容许范围系数。作为所述柴油发动机燃料优选为船舶用或陆用燃料。发明效果根据本发明，通过实时地计测柴油发动机的燃料中的密度的密度计测仪、和实时地计测柴油发动机的燃料F中的残碳量(MCR :Micro Carbon Residue)的MCR计测仪，求出燃料F中的密度及残碳量(MCR)的值，在该密度和MCR的值在预先求得的密度和MCR之间的特性映射的健全性范围以外时，变更柴油发动机运转模式，因此，可在线进行根据所述燃料性状的柴油发动机运转模式的变更，从而能够防止由燃烧室热负荷增大而引起的可靠性降低于未然，提高发动机的可靠性。


图1是柴油发动机燃料健全性控制系统图。图2-1是超声波速度计的概略图。图2-2是超声波速度的计测结果图。图3是超声波速度和密度之间的关系图。图4是超声波速度和密度之间的温度依赖性的关系图。图5是由超声波速度求得的密度和实测密度之间的关系图。图6是介电常数计的概略图。
图7是介电常数和密度之间的关系图。图8是MCR计测仪的概略图。图 9 是各 MCR 的浓度不同(A =MCR < 0. Olwt B :MCR = 0. 04wt %、C :MCR = 0. 3wt%,D =MCR = 0. 87wt% )时的波长400 IOOOnm中的透射率比的计测结果图。图10是从苯(1环烃)到并五苯(5环烃)的波长带和吸光度的计测结果图。图11是预先求得的透光率强度比和MCR之间的关系图。图12是由透光率强度比求得的MCR和实测MCR之间的关系图。图 13 是各 MCR 的浓度不同(E =MCR < 0. Olwt F :MCR = 0. 04wt %, G :MCR = 0. 87wt% )时的波长400 IOOOnm中的荧光的强度比的计测结果图。图14是预先求得的密度和MCR之间的特性映射。图15是燃料健全性的评价的步骤图。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明详细地进行说明。另外，本发明并不被本实施例所限定。 另外，下述实施例中的构成要素中包含有本领域技术人员可容易设想的要素或实质上相同的要素。实施例参照附图对基于本发明的实施例所涉及的柴油发动机燃料健全性控制系统进行说明。图1是实施例所涉及的柴油发动机燃料健全性控制系统图。如图1所示，柴油发动机燃料健全性控制系统10中，将实时地计测柴油发动机(D/ E)的燃料F中的密度的密度计测仪11和实时地测量柴油发动机(D/E)的燃料F中的残碳量(MCR :micro carbon residue)的MCR计测仪12安装在燃料线路Ltl上，并具备控制装置 (CPU)13，该控制装置(CPU) 13在求出燃料F中的密度及残碳量(MCR)的值后的结果处于预先求得的密度和MCR之间的特性映射的健全性范围以外时，变更柴油发动机运转模式。在此，图1中以标号14表示燃料罐。所述燃料F中的密度，例如可通过超声波速度计或介电常数计求得。图2-1是超声波速度计的概略图。如图2-1所示，超声波速度计21由插入到燃料取样管22内的反射部23、向反射部23振荡超声波的超声波振荡部M、和接收反射后的超声波的接收部25构成。图2-2是通过超声波速度计21求得的超声波计测结果。图3是超声波速度和密度之间的关系图。如图2-2所示，求出振荡峰值和接收峰值之间的时间作为超声波速度(t)，如图3所示可由预先求得的超声波速度和密度的检量线求出密度。在此，因为密度随燃料的温度变化而改变，因此更加优选的是进行温度校正。图4 是在各温度(20°C、30°C及50°C)下的超声波速度和密度之间的关系图。另外，可确认由超声波速度求得的密度和密度(实测值)之间的关系如图5所示， 具有良好的相关关系。此外，如图6所示，也可使用介电常数计沈。该介电常数计沈由一对检测电极27 和接地电极观构成。图7是预先求得的介电常数和密度的检量线图，通过此图，可求出密度。图8是MCR计测仪的概略图。
如图8所示，MCR计测仪12由安装在燃料取样管22上的计测容器31、和插入到计测容器31内的一对入射部32和受光部33构成，从入射部32的入射用光纤3 照射400 IOOOnm的光，并通过受光部33的受光用光纤33a接收光，经检测器(未图示)计测燃料F 的透光率。在此，图8中，标号D是入射用光纤3 和受光用光纤33a之间的间隙。作为此间隙D，适合为数mm以下，优选为Imm以下，更优选为0. 5 1mm。因为若间隙D的间隔过大的话，则不能接收光。图 9 表示燃料的 MCR 的浓度不同(A =MCR < 0. 01wt%,B :MCR = 0. 04wt%,C :MCR =0. 3wt%,D =MCR = 0. 87wt% )时的波长400 IOOOnm中的透射率比的计测结果。如图9所示，MCR的值越低的燃料，则在低波长侧吸收峰值存在的比例越高。如此，之所以MCR变化时透射率曲线中也产生变化，是归因于芳香族环的大小。图 10是从苯(1环烃)到并五苯(5环烃)，其吸收波长区域慢慢地向长波长区域变化。因而， 在燃料中的燃烧性良好的环少的物质的比例较多的情况下，处于低波长侧，因此呈现如图 10 一样的变化。在此，举出MCR的计算方法的一例。残碳量(MCR:micr0 carbon residue)通过燃料的透光率的强度比求出。关于此强度比，至少累计2处以上的规定波长区域的透射率的强度，并对比这些值。在图9中，作为强度1，累计波长725 775nm之间的强度，并且作为强度2，累计波长950 IlOOnm之间的强度。然后，预先求出(强度2)/(强度1)和MCR之间的关系，并由上述测定的(强度 2)/(强度1)的结果，求得MCR。另外，对于透射率的绝对值并不受影响。图11是预先求得的透光率强度比和MCR之间的关系图。如此，预先求出(强度2) / (强度1)和MCR之间的关系，并由测定的(强度2)/(强度1)算出MCR。在此，可设定强度1在725nm 775nm的范围，强度2在950nm 1050nm的范围， 并能够由下述式⑴求出MCR。MCR= α (强度 2/ 强度 1-γ ) 0... (1)在此，α是比例系数(α = 0. 14)，β是线性校正系数(β =0.7)，Y是零点校正系数(Y = 1.95) ο另外，除2处的波长领域以外，也可如下述方法计算。可设定强度1在550nm 650nm的范围，强度2在750nm 850nm的范围，强度3 在950nm 1050nm的范围，并能够由下述式(2)求出MCR。另外，系数与上述相同。MCR = α 1 (强度 2/ 强度 1-γ1)01+α2(强度 3/ 强度 1_ γ 1) 02…(2)在此，波长的选定为一例，对于2处的情况，将400 SOOnm的低波长侧的规定范围的强度比的累计作为强度1，并将500 IlOOnm的长波长侧的规定范围的强度比的累计作为强度2即可。另外，对于3处的情况，将400 700nm的低波长侧的规定范围的强度比的累计作为强度1，将700 900nm的中波长侧的规定范围的强度比的累计作为强度2，将900 IlOOnm的长波长侧的规定范围的强度比的累计作为强度3，设为(强度2/强度1)+ (强度3/强度1)即可。还有，也可不采用规定波长的区域，而比较特定的2处以上的波长彼此(例如将 725nm的值作为强度1，将950nm的值作为强度2等。)而求出残碳量(MCR)。图12是由透光率强度比求得的MCR和实测MCR之间的关系图，其呈现良好的相关关系。图 13 是各 MCR 的浓度不同(E =MCR < 0. Olwt F :MCR = 0. 04wt %, G :MCR = 0. 87wt% )时的波长400 IOOOnm中的荧光强度比的计测结果图。如图13所示，也可由荧光强度替代光强度而求出MCR(E =MCR < 0. 01wt%, F =MCR =0. 04wt %, G =MCR = 0. 87wt% )。在图13中，例如将400 500nm的值作为强度1，将 600 700nm的值作为强度2。然后，将求得燃料F中的密度及残碳量(MCR)的值后的结果对应到图14所示的预先求得的密度和MCR之间的特性映射，当在健全性范围以内(图中白底部分)时，判断为燃料健全。相对于此，当在健全性范围以外(图中阴影部分)时，判断为燃料的健全性较低。另外，在健全性范围外，当密度为990 (kg/cm3)以上且MCR为22 )以上(图中斜线部分)时，为规定外。根据此判断结果，通过控制装置13变更柴油发动机运转模式。作为所述健全性范围，规定为密度(D) = 3.8X1XMCR_X2±X3。在此，Xl为比例系数(XI = 3. 8)，X2为密度系数(X2 = 925)，X3为燃料的容许范围系数(X3 = 12)。另外，通过增减X3的燃料的容许范围系数，可收紧或放宽规定范围。如此，作为健全性范围，求出密度和MCR，并如图14所示由D = 3. 8 X MCR-925 士 12 求出健全性范围。在此，在图14中，区域A表示规定燃料(良好的燃料)的区域。另外，区域B表示要注意燃料的区域。并且，区域C表示规定外燃料。在此，作为所述柴油发动机运转模式的变更，至少为下列之一变更发动机的运转模式(例如无负荷的运转)、增加注油率(润滑油注入量)、净化来自燃料罐的燃料、变更燃料的混合比率。若燃料中的密度及残碳量变化，则发动机内的燃烧状态变化，例如由于火焰接触或接近气缸内壁，引起气缸内部的润滑油干涸而导致与活塞环烧粘在一起。因此，基于燃料中的密度及残碳量的实时计测结果，在规定燃料以外的燃料被导入时，可通过降低负荷、增加注油率，而防止烧粘等于未然。并且，在具有多种组成不同的燃料的情况下，也可以变更所述燃料间的配合比例。用图15说明本发明涉及的燃料健全性的评价步骤。如图15所示，在第一步骤中，实时地计测燃料中的密度及残碳量(MCR) (Si)。在第二步骤中，求出燃料中的密度及残碳量(MCR)的值，并判定其结果是否在健全性范围(D = 3.8XMCR-925士 12)的基准值内(S2)。在处于基准值内的情况下，作为燃料良好，继续当前的通常运转，返回到Sl (S3)。相对于此，在处于基准值外(图14中)的情况下，判断为燃料的健全性不良好，发出警告(S4)。在该警告后，接着进行运转模式的变更，返回到Sl (S5)。作为变更柴油发动机运转模式的一例，如图1所示，打开阀门V2,并且关闭阀门V1, 将流路从第一流路L1变更到第二流路L2。然后，通过切换阀17的切换，使燃料F通过第一净化器15-1及第一过滤器16_1， 从而净化燃料F。在即使经该净化也无法恢复燃料的健全性的情况下，打开切换阀17，并同时利用第一净化器15-1及第一过滤器16-1的第二流路L2、和第二净化器15-2及第二过滤器16_2 的第三流路L3而使燃料F通过，从而进一步提高燃料F的净化效率。另外，流路的切换并不被图1所限定，也可以准备更多的流路而进行切换。另外， 也可以使燃料通过一方的第二流路L2，而维护另一方的第三流路L3的第二净化器15-2及第二过滤器16-2。在此，作为净化器，是使精密多孔板元件高速旋转，进行低质低劣重油中的软质淤渣的粉碎、分散、均质化等，并同时进行精密过滤清洗的单元，具有比重差的硬质杂质、碳不被过滤出去，而作为排水排出。在使燃料通过该净化器后，再利用过滤器进行过滤，由此使燃料净化，而变更燃料组成。如此，根据本发明，在燃料供给配管中的规定部位，在线计测燃料性状(密度及 MCR)，并基于此计测结果，进行燃料的健全性评价，在健全性不好的情况下，通过变更运转模式，例如即使在船舶航行中，也可在线进行根据其燃料性状的柴油发动机运转模式的变更，从而能够防止由燃烧室热负荷增大而引起的可靠性降低于未然，提高发动机的可靠性。 另外，燃料不限于船舶用燃料，也可为陆用燃料。因此，可避免进行以往那种不能在线计测而在摸索状态下的运转，可进行稳定的航行。工业实用性如上，根据本发明，可在线进行根据其燃料性状的柴油发动机运转模式的变更，可防止由燃烧室热负荷增大而引起的可靠性降低于未然，提高发动机的可靠性。标号说明
10柴油发动机燃料健全性控制系统
11密度计测仪
12MCR计测仪
13控制装置(CPU)
8
权利要求
1.一种柴油发动机燃料健全性控制系统，其特征在于，具备 密度计测仪，实时地计测柴油发动机的燃料中的密度；MCR计测仪，实时地计测柴油发动机的燃料中的残碳量(MCR)；和控制装置，当求出燃料中的密度及残碳量(MCR)的值后的结果在预先求得的密度和 MCR之间的特性映射的健全性范围以外时，变更柴油发动机运转模式。
2.如权利要求1所述的柴油发动机燃料健全性控制系统，其特征在于， 通过超声波速度计或介电常数计求出燃料中的密度。
3.如权利要求2所述的柴油发动机燃料健全性控制系统，其特征在于， 对密度计测仪的计测结果进行温度校正。
4.如权利要求1所述的柴油发动机燃料健全性控制系统，其特征在于， 通过燃料的透光率的强度比求出残碳量(MCR)。
5.一种柴油发动机燃料健全性评价方法，其特征在于，实时地计测燃料中的密度及残碳量(MCI )，求出燃料中的密度及残碳量(MCI )的值，在该结果在健全性范围以外时，变更柴油发动机运转模式。
6.如权利要求5所述的柴油发动机燃料健全性评价方法，其特征在于， 所述健全性范围为密度⑶=X1XMCR-X2士X3，在此，Xl为比例系数，X2为密度系数，X3为燃料的容许范围系数。
全文摘要
本发明提供一种柴油发动机燃料健全性控制系统，具备密度计测仪(11)，实时地计测柴油发动机(D/E)的燃料(F)中的密度；MCR计测仪(12)，实时地计测柴油发动机(D/E)的燃料(F)中的残碳量(MCRmicro carbon residue)；和控制装置(CPU)(13)，当求得燃料(F)中的密度及残碳量(MCR)的值后的结果在预先求得的密度和MCR之间的特性映射的健全性范围以外时，变更柴油发动机运转模式。
文档编号G01M15/04GK102216596SQ20098014592
公开日2011年10月12日 申请日期2009年12月8日 优先权日2008年12月8日
发明者出口祥启, 山浦刚俊, 川添浩平, 渡边启, 长船信之介 申请人:三菱重工业株式会社