JP7820800B2 - Combustion gas analysis system and combustion gas analysis method - Google Patents
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Description
本発明は、燃焼ガス分析システム及び燃焼ガス分析方法に関する。 The present invention relates to a combustion gas analysis system and a combustion gas analysis method.
ディーゼル機関は船舶の推進プラントとして、信頼性と熱効率の高さ、及び各種燃料に対応できる適用性からその主流を占めており、今後もその座を維持すると思われる。しかしながら、近年の排ガス規制の強化と燃料経済性に対応するために益々その燃焼プロセスに目を向ける必要がある。最適燃焼プロセスはシリンダへの空気の供給具合によって大きく変わり、空気の供給はエンジンの各種運転状態と過給機の性能に大きく影響される。そこで、実際の運航状態において、簡単に空気の供給状態を知ることは重要で、これができれば燃焼プロセスとエンジン性能の評価ができるばかりでなく、ますます複雑になるエンジンコントロールシステムの開発に役立つ。 Diesel engines are the mainstream propulsion plant for ships due to their reliability, high thermal efficiency, and adaptability to various fuels, and are expected to maintain this position in the future. However, in order to respond to recent stricter exhaust gas regulations and fuel economy, it is becoming increasingly necessary to pay attention to the combustion process. The optimal combustion process varies greatly depending on the air supply to the cylinder, and the air supply is greatly affected by the various operating conditions of the engine and the performance of the turbocharger. Therefore, it is important to be able to easily know the air supply condition under actual operating conditions. This not only makes it possible to evaluate the combustion process and engine performance, but it is also useful for developing increasingly complex engine control systems.
往復動エンジンのシリンダ内圧力計測可能とし且つシリンダ内の燃焼ガスを１サイクル中の制御された期間に採取することを可能にするガス採取装置が開示されている（特許文献１）。また、サンプリングガスを採取するガス導入管の一端を燃焼室内に挿入し、ガスサンプリング用電磁弁を介して分析器にガスを抽出するガスサンプリング装置が開示されている（特許文献２）。さらに、内燃機関において、各シリンダ出口に接続された主排気管と、主排気管の一部を迂回するバイパス管とを設け、バイパス管には排気成分を測定するためのセンサを挿入するための測定開口部を備えた構成が開示されている（特許文献３）。 Patent Document 1 discloses a gas sampling device that can measure the pressure inside the cylinders of a reciprocating engine and sample combustion gas inside the cylinders for a controlled period during one cycle. Patent Document 2 also discloses a gas sampling device in which one end of a gas introduction pipe for sampling gas is inserted into the combustion chamber and the gas is extracted to an analyzer via a gas sampling solenoid valve. Patent Document 3 also discloses a configuration for an internal combustion engine in which a main exhaust pipe connected to each cylinder outlet and a bypass pipe that bypasses part of the main exhaust pipe are provided, and the bypass pipe is equipped with a measurement opening for inserting a sensor to measure exhaust components.
ところで、燃焼室(シリンダ)から燃焼ガスを直接取り出し、分析し、燃焼状態を観測する方法では、燃焼室に穴をあける必要があると共に、サンプリング弁は高温及び高圧に曝されるために耐久性を高めることが難しく、高価な物になってしまうという課題があった。また、２サイクル式の内燃機関においては、排気弁が開成した状態で排気として燃焼ガスの排出に続いて掃気が行われるため、燃焼ガスだけを取り出すためのタイミングを適切に設定する必要があった。 However, the method of directly extracting combustion gas from the combustion chamber (cylinder), analyzing it, and observing the combustion state requires drilling a hole in the combustion chamber, and the sampling valve is exposed to high temperatures and pressures, making it difficult to increase its durability and making it expensive. Furthermore, in two-stroke internal combustion engines, scavenging occurs following the emission of combustion gas as exhaust with the exhaust valve open, so it is necessary to properly set the timing for extracting only the combustion gas.
請求項１に対応した燃焼ガス分析システムは、２サイクル式の内燃機関の燃焼ガスを分析する燃焼ガス分析システムであって、前記内燃機関のシリンダと排気レシーバとの間の接続管に設けたサンプリングポイントと、前記サンプリングポイントに接続されるサンプリング管と、前記サンプリング管に設けたサンプリング弁と、前記内燃機関の作動状態を検出する作動状態検出手段と、前記作動状態検出手段の検出結果に応じて所定のタイミングで前記サンプリング弁を開閉制御する制御手段と、前記サンプリング管の下流端に設けた燃焼ガス分析手段と、前記サンプリング管の前記サンプリング弁と前記燃焼ガス分析手段との間に設けた、前記燃焼ガス分析手段で分析する燃焼ガスを貯留するバッファタンクとを備え、前記所定のタイミングを前記２サイクル式の前記内燃機関の掃気ポートが開成し出すクランク角度より前であって、前記シリンダに設けた排気弁の開き始めに相当するクランク角度を１°～２°超えたクランク角度で前記サンプリング弁を開弁し、開き切りに相当するクランク角度と同一か２°までの間のクランク角度で前記サンプリング弁を閉弁して開閉制御することを特徴とする燃焼ガス分析システムである。 a sampling point provided in a connecting pipe between a cylinder of the internal combustion engine and an exhaust receiver; a sampling pipe connected to the sampling point; a sampling valve provided in the sampling pipe; operating state detection means for detecting an operating state of the internal combustion engine; control means for controlling the opening and closing of the sampling valve at a predetermined timing in accordance with the detection result of the operating state detection means; combustion gas analysis means provided at the downstream end of the sampling pipe; and a buffer tank provided in the sampling pipe between the sampling valve and the combustion gas analysis means for storing the combustion gas to be analyzed by the combustion gas analysis means , wherein the predetermined timing is determined by opening the sampling valve at a crank angle that is before the crank angle at which a scavenging port of the two-stroke internal combustion engine begins to open and that is 1 to 2 degrees beyond a crank angle that corresponds to the beginning of opening of an exhaust valve provided in the cylinder, and closing the sampling valve at a crank angle that is between the same as the crank angle that corresponds to the full opening and 2 degrees below that .
また、前記作動状態検出手段は、前記シリンダ内のピストンの位置を検出するピストンポジションセンサと、前記内燃機関のクランク角度を検出するクランク角度エンコーダを用いることが好適である。 Preferably, the operating state detecting means uses a piston position sensor that detects the position of the piston in the cylinder, and a crank angle encoder that detects the crank angle of the internal combustion engine.
また、前記接続管が前記シリンダの上部から横引きされて前記排気レシーバに合流する構成であり、前記サンプリングポイントは、前記接続管の上部から下方に向けて設けられることが好適である。 It is also preferable that the connecting pipe be configured to run horizontally from the top of the cylinder and join the exhaust receiver, and that the sampling point be provided downward from the top of the connecting pipe.
また、前記バッファタンクへの前記燃焼ガスの貯留状況を検出する貯留状況検出手段をさらに備え、前記貯留状況検出手段で前記燃焼ガスの貯留状態が所定の条件を満たすことを検出したときに、前記燃焼ガス分析手段による前記燃焼ガスの分析を行うことが好適である。 It is also preferable to further include a storage status detection means for detecting the storage status of the combustion gas in the buffer tank, and to analyze the combustion gas using the combustion gas analysis means when the storage status detection means detects that the storage status of the combustion gas satisfies predetermined conditions.
また、前記燃焼ガス分析手段は、前記貯留状況検出手段を兼ねており、前記バッファタンクに貯留された前記燃焼ガスの酸素濃度を検出することが好適である。 Furthermore, it is preferable that the combustion gas analysis means also serves as the storage status detection means, and detects the oxygen concentration of the combustion gas stored in the buffer tank.
また、前記サンプリング管及び前記バッファタンクの少なくとも一方にパージ手段をさらに備えたことが好適である。 It is also preferable that at least one of the sampling pipe and the buffer tank be further equipped with a purging means.
また、前記制御手段は、前記燃焼ガス分析手段による前記燃焼ガスの分析を行わないときに、前記サンプリング弁と前記パージ手段を開状態とし、前記サンプリング管又は前記バッファタンクの少なくとも一方から連続的に前記燃焼ガスを排出することが好適である。 Furthermore, it is preferable that the control means opens the sampling valve and the purging means when the combustion gas analysis means is not analyzing the combustion gas, and continuously discharges the combustion gas from at least one of the sampling pipe and the buffer tank.
また、前記燃焼ガス分析手段が、前記燃焼ガスの酸素濃度と二酸化炭素濃度の検出を行うことが好適である。 It is also preferable that the combustion gas analysis means detects the oxygen concentration and carbon dioxide concentration of the combustion gas.
請求項９に対応した燃焼ガス分析方法は、上記燃焼ガス分析システムを用いた燃焼ガスの分析方法であって、前記内燃機関のサイクル毎に前記燃焼ガスを採取し前記燃焼ガス分析手段で連続的に分析する、又は、前記バッファタンクに複数の前記サイクル毎の前記燃焼ガスを貯留した後に前記燃焼ガス分析手段でまとめて分析することが好適である。 A combustion gas analysis method corresponding to claim 9 is a method for analyzing combustion gas using the above-mentioned combustion gas analysis system, and it is preferable that the combustion gas is sampled for each cycle of the internal combustion engine and analyzed continuously by the combustion gas analysis means, or that the combustion gas for each of a plurality of cycles is stored in the buffer tank and then analyzed collectively by the combustion gas analysis means.
ここで、前記燃焼ガス分析手段で連続的に分析する場合、複数の前記サイクル毎の前記燃焼ガスの分析結果を平均化処理することが好適である。 Here, when the combustion gas analysis means performs continuous analysis, it is preferable to average the analysis results of the combustion gas for each of a plurality of cycles.
また、燃焼ガスの酸素濃度と二酸化炭素濃度を分析し、分析結果に基づいて空気過剰率を算出して前記内燃機関の前記シリンダにおける燃焼状態及び内燃機関性能の少なくとも一方を評価することが好適である。 It is also preferable to analyze the oxygen concentration and carbon dioxide concentration of the combustion gas, calculate the excess air ratio based on the analysis results, and evaluate at least one of the combustion state in the cylinder of the internal combustion engine and the internal combustion engine performance.
また、前記燃焼状態の評価結果及び前記内燃機関性能の評価結果の少なくとも一方を前記内燃機関の制御に利用することが好適である。 It is also preferable to use at least one of the combustion state evaluation results and the internal combustion engine performance evaluation results in controlling the internal combustion engine.
また、前記燃焼状態の評価結果及び前記内燃機関性能の評価結果の少なくとも一方を前記内燃機関を管理する管理部門に情報通信網を介して伝達することが好適である。 It is also preferable to transmit at least one of the combustion state evaluation results and the internal combustion engine performance evaluation results to a management department that manages the internal combustion engine via an information and communications network.
請求項１に対応した燃焼ガス分析システムは、２サイクル式の内燃機関の燃焼ガスを分析する燃焼ガス分析システムであって、前記内燃機関のシリンダと排気レシーバとの間の接続管に設けたサンプリングポイントと、前記サンプリングポイントに接続されるサンプリング管と、前記サンプリング管に設けたサンプリング弁と、前記内燃機関の作動状態を検出する作動状態検出手段と、前記作動状態検出手段の検出結果に応じて所定のタイミングで前記サンプリング弁を開閉制御する制御手段と、前記サンプリング管の下流端に設けた燃焼ガス分析手段と、前記サンプリング管の前記サンプリング弁と前記燃焼ガス分析手段との間に設けた、前記燃焼ガス分析手段で分析する燃焼ガスを貯留するバッファタンクとを備え、前記所定のタイミングを前記２サイクル式の前記内燃機関の掃気ポートが開成し出すクランク角度より前であって、前記シリンダに設けた排気弁の開き始めに相当するクランク角度を１°～２°超えたクランク角度で前記サンプリング弁を開弁し、開き切りに相当するクランク角度と同一か２°までの間のクランク角度で前記サンプリング弁を閉弁して開閉制御することによって、２サイクル式の内燃機関の排気から燃焼ガスのみをサンプリングし、燃焼ガスの酸素濃度や二酸化炭素濃度等を高い精度で分析することが可能になる。これに伴って、内燃機関における燃焼状態や性能を評価することができる。 A combustion gas analysis system according to claim 1 is a combustion gas analysis system for analyzing combustion gas from a two-stroke internal combustion engine, comprising: a sampling point provided in a connecting pipe between a cylinder of the internal combustion engine and an exhaust receiver; a sampling pipe connected to the sampling point; a sampling valve provided in the sampling pipe; operating condition detection means for detecting the operating condition of the internal combustion engine; control means for controlling the opening and closing of the sampling valve at predetermined timings according to the detection result of the operating condition detection means; combustion gas analysis means provided at the downstream end of the sampling pipe ; the sampling valve of the sampling pipe; and the combustion gas analysis means. and a buffer tank disposed between the two-stroke internal combustion engine and the sampling valve for storing the combustion gas to be analyzed by the combustion gas analyzing means, and the predetermined timing is set to a crank angle before the crank angle at which the scavenging ports of the two-stroke internal combustion engine begin to open and that is 1 to 2 degrees above the crank angle corresponding to the beginning of opening of the exhaust valves provided in the cylinders, and the sampling valve is closed and controlled to open and close at a crank angle between the same as the crank angle corresponding to the fully opened position and up to 2 degrees above , thereby sampling only the combustion gas from the exhaust of the two-stroke internal combustion engine and analyzing the oxygen concentration, carbon dioxide concentration, etc. of the combustion gas with high accuracy. This makes it possible to evaluate the combustion state and performance of the internal combustion engine.
また、前記作動状態検出手段は、前記シリンダ内のピストンの位置を検出するピストンポジションセンサと、前記内燃機関のクランク角度を検出するクランク角度エンコーダを用いることによって、正確に検出されたピストンの位置とクランク角度に基づいて、掃気の混じらないより適切なタイミングで燃焼ガスをサンプリングし、燃焼ガスの酸素濃度や二酸化炭素濃度等を高い精度で分析することが可能になる。 Furthermore, by using a piston position sensor that detects the position of the piston in the cylinder and a crank angle encoder that detects the crank angle of the internal combustion engine, the operating state detection means can sample the combustion gas at a more appropriate timing that prevents scavenging air from mixing in, based on the accurately detected piston position and crank angle, and can analyze the oxygen concentration, carbon dioxide concentration, etc. of the combustion gas with high accuracy.
また、前記接続管が前記シリンダの上部から横引きされて前記排気レシーバに合流する構成であり、前記サンプリングポイントは、前記接続管の上部から下方に向けて設けられることによって、煤や異物等の混入を抑制し、燃焼ガスの酸素濃度や二酸化炭素濃度等を正確に測定及び分析できる。 In addition, the connecting pipe is configured to run horizontally from the top of the cylinder and merge with the exhaust receiver, and the sampling point is located downward from the top of the connecting pipe, thereby suppressing the intrusion of soot, foreign matter, etc., and enabling accurate measurement and analysis of the oxygen concentration, carbon dioxide concentration, etc. of the combustion gas.
また、前記バッファタンクへの前記燃焼ガスの貯留状況を検出する貯留状況検出手段をさらに備え、前記貯留状況検出手段で前記燃焼ガスの貯留状態が所定の条件を満たすことを検出したときに、前記燃焼ガス分析手段による前記燃焼ガスの分析を行うことによって、バッファタンクに貯留された燃焼ガスの状態が安定し、内燃機関の燃焼状態をより正しく示す状況において燃焼ガスの性状を測定及び分析することができる。 The system also includes a storage status detection means for detecting the storage status of the combustion gas in the buffer tank. When the storage status detection means detects that the storage status of the combustion gas satisfies a predetermined condition, the combustion gas is analyzed by the combustion gas analysis means. This stabilizes the state of the combustion gas stored in the buffer tank, allowing the properties of the combustion gas to be measured and analyzed in a state that more accurately represents the combustion status of the internal combustion engine.
また、前記燃焼ガス分析手段は、前記貯留状況検出手段を兼ねており、前記バッファタンクに貯留された前記燃焼ガスの酸素濃度を検出することによって、酸素濃度に基づいてバッファタンクに貯留された燃焼ガスの状態が安定し、内燃機関の燃焼状態をより正しく示す状況において燃焼ガスの性状を測定及び分析することができる。 The combustion gas analysis means also serves as the storage condition detection means, and by detecting the oxygen concentration of the combustion gas stored in the buffer tank, the state of the combustion gas stored in the buffer tank is stabilized based on the oxygen concentration, making it possible to measure and analyze the properties of the combustion gas in a situation that more accurately indicates the combustion state of the internal combustion engine.
また、前記サンプリング管及び前記バッファタンクの少なくとも一方にパージ手段をさらに備えたことによって、サンプリング管、サンプリング弁、逆止弁、バッファタンク、パージ弁等に燃焼ガスに含まれる煤や異物等が残留することを抑制することができる。 Furthermore, by further providing a purging means in at least one of the sampling pipe and the buffer tank, it is possible to prevent soot and foreign matter contained in the combustion gas from remaining in the sampling pipe, sampling valve, check valve, buffer tank, purge valve, etc.
また、前記制御手段は、前記燃焼ガス分析手段による前記燃焼ガスの分析を行わないときに、前記サンプリング弁と前記パージ手段を開状態とし、前記サンプリング管又は前記バッファタンクの少なくとも一方から連続的に前記燃焼ガスを排出することによって、燃焼ガスの分析を行わないときにサンプリング管、サンプリング弁、逆止弁、バッファタンク、パージ弁等から燃焼ガスに含まれる煤や異物等を排出することができ、掃気による排出も期待できる。 In addition, when the combustion gas analysis means is not analyzing the combustion gas, the control means opens the sampling valve and the purging means and continuously discharges the combustion gas from at least one of the sampling pipe and the buffer tank.This allows soot and foreign matter contained in the combustion gas to be discharged from the sampling pipe, sampling valve, check valve, buffer tank, purge valve, etc. when the combustion gas is not being analyzed, and can also be expected to be discharged by scavenging.
また、前記燃焼ガス分析手段が、前記燃焼ガスの酸素濃度と二酸化炭素濃度の検出を行うことによって、検出された酸素濃度や二酸化炭素を分析することで内燃機関における燃焼状態や性能を分析及び把握することができる。 In addition, the combustion gas analysis means detects the oxygen concentration and carbon dioxide concentration of the combustion gas, and by analyzing the detected oxygen concentration and carbon dioxide, the combustion state and performance of the internal combustion engine can be analyzed and understood.
請求項９に対応した燃焼ガス分析方法は、上記燃焼ガス分析システムを用いた燃焼ガスの分析方法であって、前記内燃機関のサイクル毎に前記燃焼ガスを採取し前記燃焼ガス分析手段で連続的に分析する、又は、前記バッファタンクに複数の前記サイクル毎の前記燃焼ガスを貯留した後に前記燃焼ガス分析手段でまとめて分析することによって、２サイクル式の内燃機関の排気から燃焼ガスのみをサンプリングし、燃焼ガスの酸素濃度や二酸化炭素濃度等を高い精度で分析することが可能になる。これに伴って、内燃機関における燃焼状態や性能を評価することができる。 A combustion gas analysis method according to claim 9 is a combustion gas analysis method using the above combustion gas analysis system , in which the combustion gas is sampled for each cycle of the internal combustion engine and continuously analyzed by the combustion gas analysis means, or the combustion gas for a plurality of cycles is stored in the buffer tank and then analyzed collectively by the combustion gas analysis means, thereby sampling only the combustion gas from the exhaust of a two-stroke internal combustion engine and analyzing the oxygen concentration, carbon dioxide concentration, etc. of the combustion gas with high accuracy, thereby enabling the combustion state and performance of the internal combustion engine to be evaluated.
ここで、前記燃焼ガス分析手段で連続的に分析する場合、複数の前記サイクル毎の前記燃焼ガスの分析結果を平均化処理することによって、平均化された分析結果に基づいて内燃機関における燃焼状態や性能を評価することができる。 Here, when continuous analysis is performed using the combustion gas analysis means, the analysis results of the combustion gas for each of the multiple cycles are averaged, and the combustion state and performance of the internal combustion engine can be evaluated based on the averaged analysis results.
また、燃焼ガスの酸素濃度と二酸化炭素濃度を分析し、分析結果に基づいて空気過剰率を算出して前記内燃機関の前記シリンダにおける燃焼状態及び内燃機関性能の少なくとも一方を評価することによって、内燃機関における燃焼状態及び内燃機関の性能の少なくとも一方を高い精度で評価することができる。 Furthermore, by analyzing the oxygen concentration and carbon dioxide concentration of the combustion gas, calculating the excess air ratio based on the analysis results, and evaluating at least one of the combustion state in the cylinder of the internal combustion engine and the performance of the internal combustion engine, it is possible to evaluate at least one of the combustion state in the internal combustion engine and the performance of the internal combustion engine with high accuracy.
また、前記燃焼状態の評価結果及び前記内燃機関性能の評価結果の少なくとも一方を前記内燃機関の制御に利用することによって、内燃機関における燃焼状態及び内燃機関の性能に基づいて内燃機関の燃焼を制御することができる。 Furthermore, by using at least one of the evaluation results of the combustion state and the evaluation results of the internal combustion engine performance in controlling the internal combustion engine, combustion in the internal combustion engine can be controlled based on the combustion state and performance of the internal combustion engine.
また、前記燃焼状態の評価結果及び前記内燃機関性能の評価結果の少なくとも一方を前記内燃機関を管理する管理部門に情報通信網を介して伝達することによって、管理部門において内燃機関の燃焼状態や性能を把握することができる。 In addition, by transmitting at least one of the combustion state evaluation results and the internal combustion engine performance evaluation results to the management department that manages the internal combustion engine via an information and communications network, the management department can grasp the combustion state and performance of the internal combustion engine.
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態における燃焼ガス分析システム１００は、図１に示すように、内燃機関１０２、排気レシーバ１０４、サンプリング評価装置１０６及び制御部１０８を含んで構成される。
[First embodiment]
As shown in FIG. 1, the combustion gas analysis system 100 according to the first embodiment includes an internal combustion engine 102, an exhaust receiver 104, a sampling evaluation device 106, and a control unit 108.
内燃機関１０２は、２サイクル式の内燃機関であれば特に限定されるものではないが、例えばディーゼルエンジンとすることができる。内燃機関１０２は、シリンダ１０及びピストン１２を備える。内燃機関１０２は、シリンダ１０とピストン１２とによって形成される燃焼室に空気を取り入れ、その空気をピストン１２の上昇工程で圧縮し、最大に圧縮される付近で燃料をシリンダ１０内に噴射することで燃料と空気を爆発燃焼させることによってピストン１２に駆動力を発生させる。燃焼終了後、所定のタイミングで排気弁１４が開状態とされ、ピストン１２によって燃焼ガスが押し出されて接続管１６へ排出される。燃焼ガスは、接続管１６を通じて排気レシーバ１０４へ排出される。 The internal combustion engine 102 is not particularly limited as long as it is a two-stroke internal combustion engine, but can be, for example, a diesel engine. The internal combustion engine 102 includes a cylinder 10 and a piston 12. The internal combustion engine 102 takes in air into a combustion chamber formed by the cylinder 10 and piston 12, compresses the air as the piston 12 ascends, and injects fuel into the cylinder 10 near the point of maximum compression, causing the fuel and air to explode and burn, generating driving force for the piston 12. After combustion ends, the exhaust valve 14 is opened at a predetermined timing, and the combustion gas is pushed out by the piston 12 and discharged into the connecting pipe 16. The combustion gas is then discharged through the connecting pipe 16 to the exhaust receiver 104.
サンプリング評価装置１０６は、内燃機関１０２の接続管１６から燃焼ガスを取り出してサンプリングするための手段を含む。サンプリング評価装置１０６は、サンプリング管２０、サンプリング弁２２、逆止弁２４、バッファタンク２６、パージ弁２８、３０、ガス分析器３２及び分析コンピュータ３４を含んで構成される。 The sampling evaluation device 106 includes a means for extracting and sampling combustion gas from the connecting pipe 16 of the internal combustion engine 102. The sampling evaluation device 106 includes a sampling pipe 20, a sampling valve 22, a check valve 24, a buffer tank 26, purge valves 28 and 30, a gas analyzer 32, and an analysis computer 34.
内燃機関１０２の接続管１６に挿入されたサンプリング管２０のガス取出部から燃焼ガスの一部が取り出される。サンプリング管２０のガス取出部付近には開閉のタイミングを調整できるサンプリング弁２２が設けられる。また、サンプリング管２０の途中には燃焼ガスの逆流を防ぐための逆止弁２４が配置される。排気弁１４の開閉のタイミングに連動させてサンプリング弁２２を掃気の混じらない適切なタイミングで開状態にすることにより、新たな空気が混ざることなく内燃機関１０２における燃焼によって生じた燃焼ガスがサンプリング管２０を介してバッファタンク２６へサンプリングされる。燃焼ガスは、バッファタンク２６を通じてガス分析器３２に送気される。なお、サンプリング管２０及びバッファタンク２６に煤等が蓄積されることを防ぐために、サンプリング管２０及びバッファタンク２６の内部の燃焼ガスを掃気する必要がある場合、パージ弁２８やパージ弁３０を用いて燃焼ガスや掃気(空気)を外部へ放出することができる。 A portion of the combustion gas is extracted from the gas extraction section of the sampling pipe 20 inserted into the connecting pipe 16 of the internal combustion engine 102. A sampling valve 22 with adjustable opening and closing timing is provided near the gas extraction section of the sampling pipe 20. A check valve 24 is also located midway along the sampling pipe 20 to prevent backflow of the combustion gas. By opening the sampling valve 22 at an appropriate timing to prevent the mixing of scavenging air in conjunction with the opening and closing timing of the exhaust valve 14, the combustion gas generated by combustion in the internal combustion engine 102 is sampled into the buffer tank 26 via the sampling pipe 20 without the mixing of new air. The combustion gas is delivered to the gas analyzer 32 via the buffer tank 26. If it is necessary to scavenge the combustion gas inside the sampling pipe 20 and buffer tank 26 to prevent soot and other contaminants from accumulating in the sampling pipe 20 and buffer tank 26, the combustion gas and scavenging air can be released to the outside using the purge valve 28 or purge valve 30.
ガス分析器３２は、燃焼ガスの酸素（Ｏ２）と二酸化炭素（ＣＯ２）の濃度を検出する。ガス分析器３２は、検出した酸素濃度及び二酸化炭素濃度を分析コンピュータ３４へ送信する。ガス分析器３２の測定方式は、特に限定されるものではなく、例えば赤外線ガス分析方式、レーザガス分析方式等を適用することができる。分析コンピュータ３４は、ガス分析器３２によって得られた酸素濃度及び二酸化炭素濃度から燃焼ガスの空気過剰率を算出する。 The gas analyzer 32 detects the concentrations of oxygen ( O2 ) and carbon dioxide ( CO2 ) in the combustion gas. The gas analyzer 32 transmits the detected oxygen and carbon dioxide concentrations to the analysis computer 34. The measurement method of the gas analyzer 32 is not particularly limited, and for example, an infrared gas analysis method, a laser gas analysis method, etc. can be applied. The analysis computer 34 calculates the excess air ratio of the combustion gas from the oxygen and carbon dioxide concentrations obtained by the gas analyzer 32.
制御部１０８は、内燃機関１０２の運転状況に応じて掃気の混じらない適切なタイミングで燃焼ガスをサンプリングするための制御を行う。制御部１０８は、制御コンピュータ３６、バルブドライバ３８、ピストンポジションセンサ４０及びクランク角度エンコーダ４２を備える。ピストンポジションセンサ４０は、内燃機関１０２のピストン１２の回転数を計測する。クランク角度エンコーダ４２は、内燃機関１０２のピストン１２のクランク角度を計測する。バルブドライバ３８は、サンプリング弁２２の開閉制御を行うためのドライバである。制御コンピュータ３６は、ピストンポジションセンサ４０によるピストン１２の上死点の検出信号及びクランク角度エンコーダ４２によるピストン１２のクランク角度の検出信号に応じてサンプリング弁２２を適切なタイミングで開閉させる。具体的には、制御コンピュータ３６は、バルブドライバ３８にサンプリング信号を送信する。バルブドライバ３８は、サンプリング信号に応じてサンプリング弁２２を適切なタイミングで開閉制御する。なお、排気弁１４の開閉のタイミングを検出する手段は、ピストンポジションセンサ４０とクランク角度エンコーダ４２の組み合わせ以外にも各種の手段が選択できる。例えば、排気弁１４の動作を直接検出する手段であってもよい。 The control unit 108 controls the sampling of combustion gas at appropriate timing to prevent scavenging from occurring, depending on the operating conditions of the internal combustion engine 102. The control unit 108 includes a control computer 36, a valve driver 38, a piston position sensor 40, and a crank angle encoder 42. The piston position sensor 40 measures the rotation speed of the piston 12 of the internal combustion engine 102. The crank angle encoder 42 measures the crank angle of the piston 12 of the internal combustion engine 102. The valve driver 38 is a driver for controlling the opening and closing of the sampling valve 22. The control computer 36 opens and closes the sampling valve 22 at appropriate timing in response to the detection signal of the top dead center of the piston 12 from the piston position sensor 40 and the detection signal of the crank angle of the piston 12 from the crank angle encoder 42. Specifically, the control computer 36 sends a sampling signal to the valve driver 38. The valve driver 38 controls the opening and closing of the sampling valve 22 at appropriate timing in response to the sampling signal. Note that various means can be selected to detect the timing of opening and closing the exhaust valve 14, in addition to the combination of the piston position sensor 40 and crank angle encoder 42. For example, a means for directly detecting the operation of the exhaust valve 14 may also be used.
以下、図２のフローチャートを参照して、燃焼ガス分析システム１００を用いた燃焼ガス分析処理について説明する。 The combustion gas analysis process using the combustion gas analysis system 100 will be described below with reference to the flowchart in Figure 2.
燃焼ガスのサンプリングが開始されると、制御コンピュータ３６によって内燃機関１０２の作動状態が検出される（ステップＳ１０）。制御コンピュータ３６は、内燃機関１０２のピストン１２のクランク角度の検出信号及びピストン１２の上死点の検出信号を取得する。図３は、エンコーダによるピストン１２のクランク角度の検出信号の検出例を示す。図３において、１つのパルスがピストン１２のクランク角度における１°を示している。また、図４は、ピストン１２の上死点の検出信号の検出例を示す。図４において、パルスを検出したタイミングがピストン１２の上死点のタイミングを示す。制御コンピュータ３６は、ピストン１２が上死点を迎えたタイミングからピストン１２のクランク角度を示すパルスの数をカウントすることによってピストン１２のクランク角度を算出することができる。 When combustion gas sampling begins, the control computer 36 detects the operating state of the internal combustion engine 102 (step S10). The control computer 36 acquires a detection signal for the crank angle of the piston 12 of the internal combustion engine 102 and a detection signal for the top dead center of the piston 12. Figure 3 shows an example of the detection signal for the crank angle of the piston 12 detected by an encoder. In Figure 3, one pulse represents 1° of the crank angle of the piston 12. Figure 4 also shows an example of the detection signal for the top dead center of the piston 12. In Figure 4, the timing at which a pulse is detected represents the timing of the top dead center of the piston 12. The control computer 36 can calculate the crank angle of the piston 12 by counting the number of pulses representing the crank angle of the piston 12 from the timing at which the piston 12 reaches top dead center.
制御コンピュータ３６は、クランク角度の検出信号及び上死点の検出信号に応じてサンプリング弁２２の開閉制御を行う（ステップＳ１２～Ｓ１６）。具体的には、図５に示すフローチャートによってサンプリング弁２２の開閉制御が行われる。まず、上死点の検出信号に基づいてピストン１２が上死点に達したか判定される（ステップＳ４０）。ピストン１２が上死点に達したならカウンターを０に初期化し（ステップＳ４２）、上死点に達していなければステップＳ４４に処理を移行させる。続いて、クランク角度の検出信号においてパルスがハイ（Ｈｉｇｈ）になったか否かが判定される（ステップＳ４４）。パルスがＨｉｇｈになったらカウンターを１増加させる（ステップＳ４６）。そして、カウンターの値がセット値になったか否かが判定される（ステップＳ４８）。ここで、セット値は、燃焼ガスのサンプリングを行うためにサンプリング弁２２を開弁させるときのクランク角度に対応するパルス数に予め設定される。カウンターの値がセット値になった場合にはサンプリング信号をハイ（Ｈｉｇｈ）に設定し（ステップＳ５０）、カウンターの値がセット値でない場合にはステップＳ５２に処理を移行させる。さらに、カウンターの値がリセット値になったか否かが判定される（ステップＳ５２）。ここで、リセット値は、燃焼ガスのサンプリングを止めるためにサンプリング弁２２を閉弁させるときのクランク角度に対応するパルス数に予め設定される。カウンターの値がリセット値になった場合にはサンプリング信号をロー（Ｌｏｗ）に設定し（ステップＳ５４）、カウンターの値がリセット値でない場合にはステップＳ５６に処理を移行させる。ユーザから終了指示があれば燃焼ガスのサンプリングを終了し、終了指示がなければステップＳ４０に処理を戻す。 The control computer 36 controls the opening and closing of the sampling valve 22 in response to the crank angle detection signal and the top dead center detection signal (steps S12 to S16). Specifically, the opening and closing of the sampling valve 22 is controlled according to the flowchart shown in FIG. 5. First, it is determined whether the piston 12 has reached top dead center based on the top dead center detection signal (step S40). If the piston 12 has reached top dead center, a counter is initialized to 0 (step S42). If the piston 12 has not reached top dead center, processing proceeds to step S44. Next, it is determined whether the pulse in the crank angle detection signal has become high (step S44). If the pulse has become high, the counter is incremented by 1 (step S46). It is then determined whether the counter value has reached a set value (step S48). Here, the set value is preset to the number of pulses corresponding to the crank angle at which the sampling valve 22 is opened to sample the combustion gas. If the counter value reaches the set value, the sampling signal is set to high (step S50); if the counter value is not the set value, processing proceeds to step S52. It is then determined whether the counter value has reached a reset value (step S52). Here, the reset value is preset to the number of pulses corresponding to the crank angle at which the sampling valve 22 is closed to stop sampling of the combustion gas. If the counter value reaches the reset value, the sampling signal is set to low (step S54); if the counter value is not the reset value, processing proceeds to step S56. If an end command is received from the user, combustion gas sampling is terminated; if no end command is received, processing returns to step S40.
燃焼ガスの適切なサンプリングタイミングは、排気弁１４が開き始めてから開ききるまでの期間とすることが好適である。例えば、図６に示すように、排気弁１４が開き始めるクランク角度が１２０°であり、排気弁１４が開ききるクランク角度が１５０°であれば、クランク角度が１２０°～１５０°の期間においてサンプリング弁２２が開状態となり、他のクランク角度の期間においてサンプリング弁２２が閉状態となるように制御を行う。 The appropriate timing for sampling combustion gas is preferably the period from when the exhaust valve 14 begins to open until it is fully open. For example, as shown in Figure 6, if the crank angle at which the exhaust valve 14 begins to open is 120° and the crank angle at which the exhaust valve 14 is fully open is 150°, the sampling valve 22 is controlled to be open during the crank angle period between 120° and 150°, and closed during other crank angle periods.
当該例示において、クランク角度の検出信号における１つのパルスがピストン１２のクランク角度における１°を示している場合、ピストン１２のクランク角度が１２０°でサンプリング弁２２を開弁させるためにはセット値を１２０に設定する。また、クランク角度が１５０°でサンプリング弁２２を閉弁させるためにはリセット値を１５０に設定する。これによって、図７に示すように、ピストン１２のクランク角度が１２０°～１５０°においてハイ（Ｈｉｇｈ）及びその他の角度領域においてロー（Ｌｏｗ）となるサンプリング信号が生成される。バルブドライバ３８は、当該サンプリング信号に基づいて、サンプリング信号がハイ（Ｈｉｇｈ）のときにサンプリング弁２２を開状態とし、ロー（Ｌｏｗ）のときにサンプリング弁２２を閉状態とする。なお、排気弁１４が開き切っても２サイクル式の内燃機関１０２の掃気ポートが開成し出すクランク角度(例えば１６５°)迄は、掃気が入って来ないため燃焼ガスのサンプリングタイミングとしては適しているとも言えるが、排気弁１４の開き始めから開き切るまでの間のタイミングでサンプリングした方が排気の流れ速度が早く、バラツキや経年劣化等も考慮して、より確実なサンプリングタイミングであると言える。 In this example, if one pulse in the crank angle detection signal indicates 1° in the crank angle of the piston 12, the set value is set to 120 to open the sampling valve 22 when the crank angle of the piston 12 is 120°. Similarly, the reset value is set to 150 to close the sampling valve 22 when the crank angle of the piston 12 is 150°. As a result, as shown in FIG. 7, a sampling signal is generated that is high when the crank angle of the piston 12 is between 120° and 150° and low in other angle ranges. Based on the sampling signal, the valve driver 38 opens the sampling valve 22 when the sampling signal is high, and closes the sampling valve 22 when the sampling signal is low. Furthermore, even when the exhaust valve 14 is fully open, scavenging air does not enter until the crank angle at which the scavenging ports of the two-stroke internal combustion engine 102 begin to open (for example, 165°), so this could be said to be an appropriate timing for sampling combustion gases. However, sampling between the time the exhaust valve 14 begins to open and the time it is fully open is more reliable, as the exhaust flow speed is faster and variations and deterioration over time are also taken into account.
排気弁１４を基準とした具体的なタイミングとしては、排気弁１４が開き始めるクランク角度１２０°を少し超えたタイミング(例えば１２１°～１２２°)に、また排気弁１４が開き切るクランク角度１５０°と同一か少し超えたタイミング(例えば１５０°～１５２°)に所定のタイミングを設定することが好適である。この場合、排気弁１４の開きはじめのタイミングとは、クランク角度１２０°を少し超えたタイミングを言い、開き切るタイミングとは、クランク角度１５０°と同一か少し超えたタイミングを言うが、開き切るタイミングは、掃気ポートが開成し出すクラン角度まで余裕があるところ、広めの範囲に設定できる。 Specific timing based on the exhaust valve 14 is preferably set to a timing slightly exceeding a crank angle of 120° (e.g., 121° to 122°) when the exhaust valve 14 begins to open, or a timing equal to or slightly exceeding a crank angle of 150° (e.g., 150° to 152°) when the exhaust valve 14 is fully open. In this case, the timing when the exhaust valve 14 begins to open refers to a timing slightly exceeding a crank angle of 120°, and the timing when the exhaust valve 14 is fully open refers to a timing equal to or slightly exceeding a crank angle of 150°. However, the timing when the exhaust valve 14 is fully open can be set within a wide range, as long as there is some margin up to the crank angle at which the scavenging port begins to open.
サンプリング弁２２が開状態とされることで、バッファタンク２６に燃焼ガスが貯留される（ステップＳ１８）。図８は、バッファタンク２６に燃焼ガスが貯蔵されるときの時間に対するバッファタンク２６内の圧力及び酸素濃度の変化を示す。図８に示すように、サンプリング弁２２を開状態とする毎に時間経過と共にバッファタンク２６内の圧力は大気圧から徐々に増加し、それと共に酸素濃度は低下する。そして、時間経過と共にサンプリング回数が増加するとバッファタンク２６内の圧力及び酸素濃度は一定値に収束する。 By opening the sampling valve 22, combustion gas is stored in the buffer tank 26 (step S18). Figure 8 shows the changes in pressure and oxygen concentration within the buffer tank 26 over time as combustion gas is stored in the buffer tank 26. As shown in Figure 8, each time the sampling valve 22 is opened, the pressure within the buffer tank 26 gradually increases from atmospheric pressure over time, and the oxygen concentration decreases accordingly. As the number of samplings increases over time, the pressure and oxygen concentration within the buffer tank 26 converge to a constant value.
バッファタンク２６に燃焼ガスを貯留させると、ガス分析器３２によってバッファタンク２６内の酸素（Ｏ２）の濃度が計測される（ステップＳ２０）。そして、バッファタンク２６内の酸素濃度が所定の基準濃度範囲に安定したか否かが判定される（ステップＳ２２）。この処理によって、ガス分析器３２は貯留状況検出手段としても機能する。バッファタンク２６内の酸素濃度が所定の基準濃度範囲内であればステップＳ２２に処理を移行させ、基準濃度範囲外であればステップＳ１０に処理を戻す。その後、ガス分析器３２によってバッファタンク２６内の燃焼ガスの二酸化炭素（ＣＯ２）の濃度が計測される（ステップＳ２４）。また、ステップＳ２０において計測された酸素濃度とステップＳ２４において計測された二酸化炭素濃度に基づいて、分析コンピュータ３４によって燃焼ガスの空気過剰率が計算される（ステップＳ２６）。 Once the combustion gas is stored in the buffer tank 26, the gas analyzer 32 measures the oxygen ( O2 ) concentration in the buffer tank 26 (step S20). It is then determined whether the oxygen concentration in the buffer tank 26 has stabilized within a predetermined reference concentration range (step S22). This process allows the gas analyzer 32 to also function as a storage status detection means. If the oxygen concentration in the buffer tank 26 is within the predetermined reference concentration range, the process proceeds to step S22; if it is outside the reference concentration range, the process returns to step S10. The gas analyzer 32 then measures the carbon dioxide ( CO2 ) concentration of the combustion gas in the buffer tank 26 (step S24). Furthermore, the analysis computer 34 calculates the excess air ratio of the combustion gas based on the oxygen concentration measured in step S20 and the carbon dioxide concentration measured in step S24 (step S26).
空気過剰率の算出後、サンプリング弁２２が閉状態のときに制御コンピュータ３６からの制御によってパージ弁２８が開状態とされてバッファタンク２６内の燃焼ガスがパージされる（ステップＳ２８）。燃焼ガスをパージする目的は、燃焼ガスに含まれる煤や異物等がサンプリング管２０、サンプリング弁２２、逆止弁２４、バッファタンク２６等を詰まらせることを抑制するためである。また、掃気による排出も期待できる。したがって、パージ弁２８が開弁させてパージを行う処理は、必要に応じて、又は、所定の時間間隔で適宜行えばよい。 After calculating the excess air ratio, the control computer 36 opens the purge valve 28 while the sampling valve 22 is closed, purging the combustion gas from the buffer tank 26 (step S28). The purpose of purging the combustion gas is to prevent soot and foreign matter contained in the combustion gas from clogging the sampling pipe 20, sampling valve 22, check valve 24, buffer tank 26, etc. Scavenging can also be expected to expel the gas. Therefore, the process of opening the purge valve 28 to purge can be performed as needed or at predetermined time intervals.
制御コンピュータ３６に対してユーザ等からサンプリングを終了するための指示であるサンプリング終了信号が入力されると燃焼ガス分析処理を終了し、サンプリング終了信号が入力されてなければステップＳ１０に処理を戻して燃焼ガス分析処理を継続する（ステップＳ３０）。 When a sampling end signal, which is an instruction to end sampling, is input to the control computer 36 from a user or the like, the combustion gas analysis process ends; if a sampling end signal is not input, the process returns to step S10 and the combustion gas analysis process continues (step S30).
図９は、燃焼ガスのサンプリング及び測定を行ったときの時間経過に対する酸素濃度及び空気過剰率の変化の例を示す。図９の領域Ａにおいて燃焼ガスのサンプリング及び測定が開始されると、サンプリングが行われる度にバッファタンク２６に燃焼ガスが蓄積され、時間経過と共に定常状態となった。また、領域Ｂ１～領域Ｂ５において内燃機関１０２の運転条件を変更すると酸素濃度及び空気過剰率の変化を示した。また、図９のパージ領域においてパージを行うと、サンプリング管２０、サンプリング弁２２、逆止弁２４、バッファタンク２６の燃焼ガスがパージされて酸素濃度及び空気過剰率が変化を示した。このように、内燃機関１０２の運転条件を変更することによって酸素濃度及び空気過剰率は共に変化した。 Figure 9 shows an example of changes in oxygen concentration and excess air ratio over time when combustion gas sampling and measurement were performed. When combustion gas sampling and measurement began in region A of Figure 9, combustion gas accumulated in the buffer tank 26 each time a sample was taken, reaching a steady state over time. Changes in oxygen concentration and excess air ratio were also shown when the operating conditions of the internal combustion engine 102 were changed in regions B1 to B5. Purging was also performed in the purge region of Figure 9, where combustion gas was purged from the sampling pipe 20, sampling valve 22, check valve 24, and buffer tank 26, resulting in changes in oxygen concentration and excess air ratio. Thus, both the oxygen concentration and excess air ratio changed when the operating conditions of the internal combustion engine 102 were changed.
酸素濃度及び空気過剰率から内燃機関１０２の運転状況を把握することが可能である。例えば、酸素濃度及び空気過剰率が低下することによって内燃機関１０２の運転において負荷が増大していることを把握することができる。逆に、酸素濃度及び空気過剰率が増加することによって内燃機関１０２の運転において負荷が低減していることを把握することができる。 The operating status of the internal combustion engine 102 can be determined from the oxygen concentration and excess air ratio. For example, a decrease in the oxygen concentration and excess air ratio can indicate that the load on the internal combustion engine 102 is increasing. Conversely, an increase in the oxygen concentration and excess air ratio can indicate that the load on the internal combustion engine 102 is decreasing.
以上のように、内燃機関１０２のサイクル毎に燃焼ガスをバッファタンク２６に採取し、ガス分析器３２及び分析コンピュータ３４によってバッファタンク２６に貯留された燃焼ガスを連続的に分析し、内燃機関１０２の運転状況や性能を評価することができる。 As described above, combustion gas is collected in the buffer tank 26 for each cycle of the internal combustion engine 102, and the combustion gas stored in the buffer tank 26 is continuously analyzed by the gas analyzer 32 and analysis computer 34, allowing the operating conditions and performance of the internal combustion engine 102 to be evaluated.
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態における燃焼ガス分析システム１１０は、図１０に示すように、内燃機関１０２、排気レシーバ１０４、サンプリング評価装置１１２及び制御部１０８を含んで構成される。内燃機関１０２、排気レシーバ１０４及び制御部１０８の構成は、第１の実施の形態における燃焼ガス分析システム１００と同様であるので説明を省略する。
Second Embodiment
10, a combustion gas analysis system 110 according to the second embodiment includes an internal combustion engine 102, an exhaust receiver 104, a sampling evaluation device 112, and a control unit 108. The configurations of the internal combustion engine 102, the exhaust receiver 104, and the control unit 108 are similar to those of the combustion gas analysis system 100 according to the first embodiment, and therefore a description thereof will be omitted.
サンプリング評価装置１１２は、内燃機関１０２の接続管１６から燃焼ガスを取り出してサンプリングするための手段を含む。サンプリング評価装置１１２は、サンプリング管２０、シャット弁４４、逆止弁２４、バッファタンク２６、パージ弁２８、３０、サンプリング弁４６、パージ弁４８、ガス分析器３２及び分析コンピュータ３４を含んで構成される。 The sampling evaluation device 112 includes a means for extracting and sampling combustion gas from the connecting pipe 16 of the internal combustion engine 102. The sampling evaluation device 112 includes a sampling pipe 20, a shutoff valve 44, a check valve 24, a buffer tank 26, purge valves 28 and 30, a sampling valve 46, a purge valve 48, a gas analyzer 32, and an analysis computer 34.
内燃機関１０２の接続管１６に挿入されたサンプリング管２０のガス取出部から燃焼ガスの一部が取り出される。サンプリング管２０のガス取出部付近にはシャット弁４４及び逆止弁２４が配置される。 A portion of the combustion gas is extracted from the gas extraction portion of the sampling pipe 20 inserted into the connecting pipe 16 of the internal combustion engine 102. A shutoff valve 44 and a check valve 24 are disposed near the gas extraction portion of the sampling pipe 20.
排気弁１４の開閉のタイミングに連動させてサンプリング弁４６を掃気の混じらない適切なタイミングで開状態にすることにより、新たな空気が混ざることなく内燃機関１０２における燃焼によって生じた燃焼ガスがサンプリング管２０を介してバッファタンク２６へサンプリングされる。燃焼ガスは、バッファタンク２６を通じてガス分析器３２に送気される。なお、サンプリング管２０及びバッファタンク２６の内部の燃焼ガスを排出する必要がある場合、パージ弁２８やパージ弁４８を用いて燃焼ガスを外部へ放出することができる。ガス分析器３２では、燃焼ガスの酸素（Ｏ２）と二酸化炭素（ＣＯ２）の濃度を検出する。分析コンピュータ３４は、ガス分析器３２によって得られた酸素濃度及び二酸化炭素濃度から燃焼ガスの空気過剰率を算出する。 By opening the sampling valve 46 at an appropriate timing to prevent scavenging air from being mixed in, in conjunction with the opening and closing of the exhaust valve 14, the combustion gas generated by combustion in the internal combustion engine 102 is sampled into the buffer tank 26 via the sampling pipe 20 without any new air being mixed in. The combustion gas is sent to the gas analyzer 32 through the buffer tank 26. If it is necessary to discharge the combustion gas from the sampling pipe 20 and the buffer tank 26, the combustion gas can be released to the outside using the purge valve 28 or the purge valve 48. The gas analyzer 32 detects the concentrations of oxygen (O 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) in the combustion gas. The analysis computer 34 calculates the excess air ratio of the combustion gas from the oxygen concentration and carbon dioxide concentration obtained by the gas analyzer 32.
制御部１０８は、内燃機関１０２の運転状況に応じて掃気の混じらない適切なタイミングで燃焼ガスをサンプリングするための制御を行う。バルブドライバ３８は、サンプリング弁４６の開閉制御を行うためのドライバである。制御コンピュータ３６からバルブドライバ３８にサンプリング信号を送信することによって、バルブドライバ３８はサンプリング信号に応じてサンプリング弁４６を適切なタイミングで開閉制御する。 The control unit 108 controls the sampling of combustion gas at appropriate timing to prevent scavenging from occurring, depending on the operating conditions of the internal combustion engine 102. The valve driver 38 controls the opening and closing of the sampling valve 46. By sending a sampling signal from the control computer 36 to the valve driver 38, the valve driver 38 controls the opening and closing of the sampling valve 46 at appropriate timing in response to the sampling signal.
以下、図１１のフローチャートを参照して、燃焼ガス分析システム１１０を用いた燃焼ガス分析処理について説明する。 The combustion gas analysis process using the combustion gas analysis system 110 will be explained below with reference to the flowchart in Figure 11.
本実施の形態における燃焼ガス分析処理においてステップＳ１０～Ｓ２２の処理は第１の実施の形態における燃焼ガス分析処理と同様であるので説明を省略する。燃焼ガスのサンプリング後、バッファタンク２６内の酸素濃度が所定の基準濃度範囲内であればステップＳ３２に処理を移行させ、基準濃度範囲外であればステップＳ１０に処理を戻す。その後、燃焼ガスのサンプリングが停止される（ステップＳ３２）。そして、ガス分析器３２によってバッファタンク２６内の燃焼ガスの二酸化炭素（ＣＯ２）の濃度が計測され（ステップＳ２４）、ステップＳ２０において計測された酸素濃度とステップＳ２４において計測された二酸化炭素濃度に基づいて燃焼ガスの空気過剰率が計算される（ステップＳ２６）。空気過剰率の算出後、サンプリング弁４６が閉状態のときに制御コンピュータ３６からの制御によってパージ弁２８が開状態とされてバッファタンク２６内の燃焼ガスがパージされる（ステップＳ２８）。 In the combustion gas analysis process of this embodiment, steps S10 to S22 are similar to those of the first embodiment, and therefore will not be described here. After sampling the combustion gas, if the oxygen concentration in the buffer tank 26 is within a predetermined reference concentration range, the process proceeds to step S32. If it is outside the reference concentration range, the process returns to step S10. Then, the combustion gas sampling is stopped (step S32). The gas analyzer 32 measures the carbon dioxide (CO 2 ) concentration of the combustion gas in the buffer tank 26 (step S24). The excess air ratio of the combustion gas is calculated based on the oxygen concentration measured in step S20 and the carbon dioxide concentration measured in step S24 (step S26). After calculating the excess air ratio, the control computer 36 opens the purge valve 28 while the sampling valve 46 is closed, and the combustion gas in the buffer tank 26 is purged (step S28).
そして、制御コンピュータ３６に対してユーザ等からサンプリングを終了するための指示であるサンプリング終了信号が入力されたか否かが判定される（ステップＳ３０）。サンプリング終了信号が入力された場合、燃焼ガス分析処理を終了する。また、サンプリング終了信号が入力されていない場合、ステップＳ３２において停止されていた燃焼ガスのサンプリングが再開され（ステップＳ３４）、ステップＳ１０に処理を戻して燃焼ガス分析処理を継続する（ステップＳ３０）。 Then, it is determined whether a sampling end signal, which is an instruction to end sampling, has been input to the control computer 36 from the user or the like (step S30). If a sampling end signal has been input, the combustion gas analysis process ends. If a sampling end signal has not been input, the combustion gas sampling that was stopped in step S32 is resumed (step S34), and the process returns to step S10 to continue the combustion gas analysis process (step S30).
このような処理によって内燃機関１０２のサイクル毎に燃焼ガスをバッファタンク２６に採取し、ガス分析器３２及び分析コンピュータ３４によってバッファタンク２６に貯留された燃焼ガスをバッチ処理的に分析することができる。 This process allows combustion gas to be collected in the buffer tank 26 for each cycle of the internal combustion engine 102, and the combustion gas stored in the buffer tank 26 can be analyzed in a batch process manner using the gas analyzer 32 and analysis computer 34.
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態における燃焼ガス分析システム１２０は、図１２に示すように、内燃機関１０２、排気レシーバ１０４、サンプリング評価装置１１４及び制御部１０８を含んで構成される。内燃機関１０２、排気レシーバ１０４及び制御部１０８の構成は、第１の実施の形態における燃焼ガス分析システム１００と同様であるので説明を省略する。
[Third embodiment]
12, a combustion gas analysis system 120 according to the third embodiment includes an internal combustion engine 102, an exhaust receiver 104, a sampling evaluation device 114, and a control unit 108. The configurations of the internal combustion engine 102, the exhaust receiver 104, and the control unit 108 are similar to those of the combustion gas analysis system 100 according to the first embodiment, and therefore a description thereof will be omitted.
サンプリング評価装置１１４は、内燃機関１０２の接続管１６から燃焼ガスを取り出してサンプリングするための手段を含む。サンプリング評価装置１１２は、サンプリング管２０、サンプリング弁５０、逆止弁２４、パージ弁２８、ガス分析器３２及び分析コンピュータ３４を含んで構成される。 The sampling evaluation device 114 includes means for extracting and sampling combustion gas from the connecting pipe 16 of the internal combustion engine 102. The sampling evaluation device 112 includes a sampling pipe 20, a sampling valve 50, a check valve 24, a purge valve 28, a gas analyzer 32, and an analysis computer 34.
内燃機関１０２の接続管１６に挿入されたサンプリング管２０のガス取出部から燃焼ガスの一部が取り出される。サンプリング管２０のガス取出部付近にはサンプリング弁５０及び逆止弁２４が配置される。 A portion of the combustion gas is extracted from the gas extraction section of the sampling pipe 20 inserted into the connecting pipe 16 of the internal combustion engine 102. A sampling valve 50 and a check valve 24 are located near the gas extraction section of the sampling pipe 20.
排気弁１４の開閉のタイミングに連動させてサンプリング弁５０を適切なタイミングで開状態にすることにより、新たな空気が混ざることなく内燃機関１０２における燃焼によって生じた燃焼ガスがサンプリング管２０を介してサンプリングされる。燃焼ガスは、ガス分析器３２に送気される。なお、サンプリング管２０の内部の燃焼ガスを排出する必要がある場合、パージ弁２８を用いて燃焼ガスを外部へ放出することができる。ガス分析器３２では、燃焼ガスの酸素（Ｏ２）と二酸化炭素（ＣＯ２）の濃度を検出する。分析コンピュータ３４は、ガス分析器３２によって得られた酸素濃度及び二酸化炭素濃度から燃焼ガスの空気過剰率を算出する。 By opening the sampling valve 50 at an appropriate timing in conjunction with the opening and closing of the exhaust valve 14, the combustion gas generated by combustion in the internal combustion engine 102 is sampled through the sampling pipe 20 without any new air being mixed in. The combustion gas is sent to a gas analyzer 32. If it is necessary to discharge the combustion gas inside the sampling pipe 20, the combustion gas can be released to the outside using a purge valve 28. The gas analyzer 32 detects the concentrations of oxygen ( O2 ) and carbon dioxide ( CO2 ) in the combustion gas. An analysis computer 34 calculates the excess air ratio of the combustion gas from the oxygen concentration and carbon dioxide concentration obtained by the gas analyzer 32.
制御部１０８は、内燃機関１０２の運転状況に応じて掃気の混じらない適切なタイミングで燃焼ガスをサンプリングするための制御を行う。バルブドライバ３８は、サンプリング弁５０の開閉制御を行うためのドライバである。制御コンピュータ３６からバルブドライバ３８にサンプリング信号を送信することによって、バルブドライバ３８はサンプリング信号に応じてサンプリング弁５０を適切なタイミングで開閉制御する。 The control unit 108 controls the sampling of combustion gas at appropriate timing to prevent scavenging from occurring, depending on the operating conditions of the internal combustion engine 102. The valve driver 38 controls the opening and closing of the sampling valve 50. By sending a sampling signal from the control computer 36 to the valve driver 38, the valve driver 38 controls the opening and closing of the sampling valve 50 at appropriate timing in response to the sampling signal.
以下、図１３のフローチャートを参照して、燃焼ガス分析システム１２０を用いた燃焼ガス分析処理について説明する。 The combustion gas analysis process using the combustion gas analysis system 120 will be described below with reference to the flowchart in Figure 13.
本実施の形態における燃焼ガス分析処理においてステップＳ１０～Ｓ１６の処理は第１の実施の形態における燃焼ガス分析処理と同様であるので説明を省略する。燃焼ガスがサンプリング管２０内にサンプリングされると、サンプリング管２０を通じてガス分析器３２へ送気された燃焼ガスの酸素（Ｏ２）の濃度及び二酸化炭素（ＣＯ２）の濃度が連続的に計測される（ステップＳ３６，Ｓ３８）。 In the combustion gas analysis process of this embodiment, the processes of steps S10 to S16 are the same as those in the combustion gas analysis process of the first embodiment, and therefore will not be described again. When the combustion gas is sampled in the sampling pipe 20, the oxygen (O 2 ) concentration and carbon dioxide (CO 2 ) concentration of the combustion gas sent to the gas analyzer 32 through the sampling pipe 20 are continuously measured (steps S36 and S38).
その後、サンプリング管２０内の燃焼ガスのパージが必要か否かが判定される（ステップＳ４０）。パージが必要である場合にはステップＳ２８に処理を移行させ、サンプリング弁５０が閉状態のときにパージ弁２８を開弁させてサンプリング管２０内の燃焼ガスをパージし（ステップＳ２８）、ステップＳ３０に処理を移行させる。このとき、ガス分析器３２によって燃料ガスを吸引して排出するようにしてもよい。 Then, it is determined whether purging of the combustion gas in the sampling pipe 20 is necessary (step S40). If purging is necessary, the process proceeds to step S28, and while the sampling valve 50 is closed, the purge valve 28 is opened to purge the combustion gas in the sampling pipe 20 (step S28), and the process proceeds to step S30. At this time, the fuel gas may be sucked in and discharged using the gas analyzer 32.
パージが不要である場合にはステップＳ４２に処理を移行させ、連続的に計測されている酸素濃度及び二酸化炭素濃度を時間的に平均化する処理を行う（ステップＳ４２）。ステップＳ４２において平均化された酸素濃度と二酸化炭素濃度に基づいて燃焼ガスの空気過剰率が計算される（ステップＳ２６）。 If purging is not required, the process proceeds to step S42, where the continuously measured oxygen and carbon dioxide concentrations are averaged over time (step S42). The excess air ratio of the combustion gas is calculated based on the averaged oxygen and carbon dioxide concentrations in step S42 (step S26).
そして、制御コンピュータ３６に対してユーザ等からサンプリングを終了するための指示であるサンプリング終了信号が入力されたか否かが判定される（ステップＳ３０）。サンプリング終了信号が入力された場合、燃焼ガス分析処理を終了する。また、サンプリング終了信号が入力されていない場合、ステップＳ１０に処理を戻して燃焼ガス分析処理を継続する（ステップＳ３０）。 Then, it is determined whether a sampling end signal, which is an instruction to end sampling, has been input to the control computer 36 from the user or the like (step S30). If a sampling end signal has been input, the combustion gas analysis process ends. If a sampling end signal has not been input, the process returns to step S10 and the combustion gas analysis process continues (step S30).
このような処理によって内燃機関１０２のサイクル毎に燃焼ガスをバッファタンク２６に採取することなく、ガス分析器３２及び分析コンピュータ３４によってバッファタンク２６に貯留された燃焼ガスを連続的に分析することができる。 This process allows the gas analyzer 32 and analysis computer 34 to continuously analyze the combustion gas stored in the buffer tank 26 without having to sample the combustion gas in the buffer tank 26 for each cycle of the internal combustion engine 102.
以上のように、第１～第３の実施の形態によれば、内燃機関１０２の運転状況を把握することによって内燃機関１０２を制御することができる。例えば、負荷が増大している場合には内燃機関１０２への燃料供給を増やし、負荷が低下している場合には内燃機関１０２への燃料供給を減らす等の内燃機関１０２の制御に適用することができる。また、燃焼状態から内燃機関１０２の異常を把握することができる。また、燃焼ガスの窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）を分析対象とすることもできる。燃焼ガスの窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）の濃度は空気過剰率に依存するので、空気過剰率に応じて内燃機関１０２への空気の供給量を制御することによって窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）の排出量を抑制することができる。 As described above, according to the first to third embodiments, the internal combustion engine 102 can be controlled by understanding the operating status of the internal combustion engine 102. For example, this can be applied to the control of the internal combustion engine 102, such as increasing the fuel supply to the internal combustion engine 102 when the load is increasing and decreasing the fuel supply to the internal combustion engine 102 when the load is decreasing. Furthermore, abnormalities in the internal combustion engine 102 can be identified from the combustion state. Nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx) in the combustion gas can also be analyzed. Since the concentrations of nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx) in the combustion gas depend on the excess air ratio, the amount of nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx) emitted can be suppressed by controlling the amount of air supplied to the internal combustion engine 102 according to the excess air ratio.
また、内燃機関１０２の燃焼状態の評価結果及び内燃機関１０２の性能の評価結果の少なくとも一方を内燃機関１０２を管理する管理部門に情報通信網を介して伝達するような処理を行ってもよい。これにより、内燃機関１０２の燃焼状態や性能の評価結果を管理部門においても連続的、又はバッチ的に取得し内燃機関１０２や運航の管理に役立てることができる。なお、管理部門としては、例えば船舶のブリッジや運航管理会社等が挙げられる。 In addition, at least one of the evaluation results of the combustion state of the internal combustion engine 102 and the evaluation results of the performance of the internal combustion engine 102 may be transmitted via an information and communications network to a management department that manages the internal combustion engine 102. This allows the management department to continuously or batch-wise obtain the evaluation results of the combustion state and performance of the internal combustion engine 102 and use them to manage the internal combustion engine 102 and its operation. Examples of management departments include the bridge of a ship or an operation management company.
［燃焼ガスのサンプリングポイントの最適化］
以下、内燃機関１０２から排出された燃焼ガスをサンプリング管２０によってサンプリングする際の好適な場所（サンプリングポイント）について考察する。
[Optimization of combustion gas sampling points]
A suitable location (sampling point) for sampling the combustion gas emitted from the internal combustion engine 102 using the sampling pipe 20 will be considered below.
図１４は、サンプリング管２０の端部を内燃機関１０２の排気弁箱に挿入して、内燃機関１０２の排気弁箱に燃焼ガスのサンプリングポイントを設けた構成を示す。このような構成では、図１５に示すように、空気過剰率の実測値（丸印）が理想値（太実線）から大きく外れてしまう。 Figure 14 shows a configuration in which the end of the sampling pipe 20 is inserted into the exhaust valve box of the internal combustion engine 102, providing a combustion gas sampling point on the exhaust valve box of the internal combustion engine 102. With this configuration, as shown in Figure 15, the actual measured value of the excess air ratio (circle) deviates significantly from the ideal value (bold solid line).
これに対して、図１６は、サンプリング管２０の端部を内燃機関１０２の排気弁箱と排気レシーバ１０４とを繋ぐ接続管１６に挿入して、接続管１６に燃焼ガスのサンプリングポイントを設けた構成を示す。接続管１６は、内燃機関１０２のシリンダの上部に設けられた排気弁箱から横引きされて排気レシーバ１０４に繋げられる。また、サンプリングポイントは、接続管１６の上部から下方に向けてサンプリング管２０の端部を挿入するように設けている。このような構成では、図１７に示すように、空気過剰率の実測値（丸印）と理想値（太実線）との一致度が高くなる。 In contrast, Figure 16 shows a configuration in which the end of the sampling pipe 20 is inserted into the connecting pipe 16 that connects the exhaust valve box of the internal combustion engine 102 and the exhaust receiver 104, and a combustion gas sampling point is provided on the connecting pipe 16. The connecting pipe 16 is run horizontally from the exhaust valve box located at the top of the cylinder of the internal combustion engine 102 and connected to the exhaust receiver 104. The sampling point is provided by inserting the end of the sampling pipe 20 downward from the top of the connecting pipe 16. With this configuration, as shown in Figure 17, the actual measured value of the excess air ratio (circle) and the ideal value (bold solid line) closely match.
以上のように、燃焼ガスのサンプリングポイントは、内燃機関１０２のシリンダの上部から横引きされ、排気レシーバ１０４に繋がる接続管１６に設けることが好適である。また、サンプリングポイントは、接続管１６の上部から下方に向けて設けることが好適である。なお、サンプリングポイントとは、サンプリングする場所、サンプリングする端部、サンプリングを行うパーツのいずれも指すものと解釈できる。 As described above, it is preferable to set up the combustion gas sampling point on the connecting pipe 16, which runs horizontally from the top of the cylinder of the internal combustion engine 102 and connects to the exhaust receiver 104. It is also preferable to set up the sampling point from the top of the connecting pipe 16 facing downward. The sampling point can be interpreted as referring to the location where sampling is performed, the end where sampling is performed, or the part where sampling is performed.
本発明は、２サイクル式の舶用ディーゼル機関等の内燃機関における燃焼ガスを分析するために適用することができる。例えば、本発明における燃焼ガス分析システム及び燃焼ガス分析方法は、内燃機関の運転制御に適用することができる。また、例えば、内燃機関メーカーや石油会社等での内燃機関における燃料の燃焼に対する評価に適用することができる。 The present invention can be applied to analyzing combustion gases in internal combustion engines such as two-stroke marine diesel engines. For example, the combustion gas analysis system and combustion gas analysis method of the present invention can be applied to the operation control of internal combustion engines. It can also be applied to the evaluation of fuel combustion in internal combustion engines by, for example, internal combustion engine manufacturers and oil companies.
１０ シリンダ、１２ ピストン、１４ 排気弁、１６ 接続管、２０ サンプリング管、２２ サンプリング弁、２４ 逆止弁、２６ バッファタンク、２８、３０ パージ弁、３２ ガス分析器、３４ 分析コンピュータ、３６ 制御コンピュータ、３８ バルブドライバ、４０ ピストンポジションセンサ、４２ クランク角度エンコーダ、４４ シャット弁、４６ サンプリング弁、４８ パージ弁、５０ サンプリング弁、１００，１１０，１２０ 燃焼ガス分析システム、１０２ 内燃機関、１０４ 排気レシーバ、１０６，１１２，１１４ サンプリング評価装置、１０８ 制御部。
10 Cylinder, 12 Piston, 14 Exhaust valve, 16 Connecting pipe, 20 Sampling pipe, 22 Sampling valve, 24 Check valve, 26 Buffer tank, 28, 30 Purge valve, 32 Gas analyzer, 34 Analysis computer, 36 Control computer, 38 Valve driver, 40 Piston position sensor, 42 Crank angle encoder, 44 Shutoff valve, 46 Sampling valve, 48 Purge valve, 50 Sampling valve, 100, 110, 120 Combustion gas analysis system, 102 Internal combustion engine, 104 Exhaust receiver, 106, 112, 114 Sampling evaluation device, 108 Control unit.
Claims (13)
前記内燃機関のシリンダと排気レシーバとの間の接続管に設けたサンプリングポイントと、
前記サンプリングポイントに接続されるサンプリング管と、
前記サンプリング管に設けたサンプリング弁と、
前記内燃機関の作動状態を検出する作動状態検出手段と、
前記作動状態検出手段の検出結果に応じて所定のタイミングで前記サンプリング弁を開閉制御する制御手段と、
前記サンプリング管の下流端に設けた燃焼ガス分析手段と、
前記サンプリング管の前記サンプリング弁と前記燃焼ガス分析手段との間に設けた、前記燃焼ガス分析手段で分析する燃焼ガスを貯留するバッファタンクとを備え、
前記所定のタイミングを前記２サイクル式の前記内燃機関の掃気ポートが開成し出すクランク角度より前であって、前記シリンダに設けた排気弁の開き始めに相当するクランク角度を１°～２°超えたクランク角度で前記サンプリング弁を開弁し、開き切りに相当するクランク角度と同一か２°までの間のクランク角度で前記サンプリング弁を閉弁して開閉制御することを特徴とする燃焼ガス分析システム。 A combustion gas analysis system for analyzing combustion gas from a two-stroke internal combustion engine,
a sampling point provided in a connecting pipe between a cylinder of the internal combustion engine and an exhaust receiver;
a sampling pipe connected to the sampling point;
a sampling valve provided in the sampling pipe;
an operating state detection means for detecting an operating state of the internal combustion engine;
a control means for controlling the opening and closing of the sampling valve at a predetermined timing in accordance with the detection result of the operation state detection means;
a combustion gas analyzing means provided at the downstream end of the sampling pipe ;
a buffer tank provided between the sampling valve of the sampling pipe and the combustion gas analyzing means for storing the combustion gas to be analyzed by the combustion gas analyzing means ;
the predetermined timing is before the crank angle at which a scavenging port of the two-stroke internal combustion engine starts to open, and at a crank angle that is 1° to 2° above the crank angle at which an exhaust valve provided in the cylinder starts to open, and the sampling valve is closed at a crank angle that is the same as or up to 2° above the crank angle at which the exhaust valve is fully opened, thereby controlling opening and closing of the sampling valve.
前記作動状態検出手段は、前記シリンダ内のピストンの位置を検出するピストンポジションセンサと、前記内燃機関のクランク角度を検出するクランク角度エンコーダを用いることを特徴とする燃焼ガス分析システム。 2. The combustion gas analysis system according to claim 1 ,
a piston position sensor for detecting a position of a piston in the cylinder; and a crank angle encoder for detecting a crank angle of the internal combustion engine.
前記接続管が前記シリンダの上部から横引きされて前記排気レシーバに合流する構成であり、
前記サンプリングポイントは、前記接続管の上部から下方に向けて設けられることを特徴とする燃焼ガス分析システム。 3. The combustion gas analysis system according to claim 1,
The connecting pipe is configured to be drawn horizontally from an upper portion of the cylinder and join the exhaust receiver,
The combustion gas analysis system is characterized in that the sampling point is provided from an upper portion of the connecting pipe downward.
前記バッファタンクへの前記燃焼ガスの貯留状況を検出する貯留状況検出手段をさらに備え、
前記貯留状況検出手段で前記燃焼ガスの貯留状態が所定の条件を満たすことを検出したときに、前記燃焼ガス分析手段による前記燃焼ガスの分析を行うことを特徴とする燃焼ガス分析システム。 2. The combustion gas analysis system according to claim 1 ,
a storage state detection means for detecting a storage state of the combustion gas in the buffer tank,
A combustion gas analysis system characterized in that, when the storage state detection means detects that the storage state of the combustion gas satisfies a predetermined condition, the combustion gas is analyzed by the combustion gas analysis means.
前記燃焼ガス分析手段は、前記貯留状況検出手段を兼ねており、
前記バッファタンクに貯留された前記燃焼ガスの酸素濃度を検出することを特徴とする燃焼ガス分析システム。 5. The combustion gas analysis system according to claim 4 ,
The combustion gas analysis means also serves as the storage state detection means,
A combustion gas analysis system, characterized by detecting an oxygen concentration of the combustion gas stored in the buffer tank.
前記サンプリング管及び前記バッファタンクの少なくとも一方にパージ手段をさらに備えたことを特徴とする燃焼ガス分析システム。 The combustion gas analysis system according to any one of claims 1 to 5 ,
The combustion gas analyzing system further comprises a purging means for at least one of the sampling pipe and the buffer tank.
前記制御手段は、前記燃焼ガス分析手段による前記燃焼ガスの分析を行わないときに、前記サンプリング弁と前記パージ手段を開状態とし、前記サンプリング管又は前記バッファタンクの少なくとも一方から連続的に前記燃焼ガスを排出することを特徴とする燃焼ガス分析システム。 7. The combustion gas analysis system according to claim 6 ,
a control means for controlling the sampling valve and the purging means to be in an open state when the combustion gas is not being analyzed by the combustion gas analyzing means, and for continuously discharging the combustion gas from at least one of the sampling pipe and the buffer tank.
前記燃焼ガス分析手段が、前記燃焼ガスの酸素濃度と二酸化炭素濃度の検出を行うことを特徴とする燃焼ガス分析システム。 The combustion gas analysis system according to any one of claims 1 to 7 ,
A combustion gas analysis system, wherein the combustion gas analysis means detects the oxygen concentration and carbon dioxide concentration of the combustion gas.
前記内燃機関のサイクル毎に前記燃焼ガスを採取し前記燃焼ガス分析手段で連続的に分析する、又は、前記バッファタンクに複数の前記サイクル毎の前記燃焼ガスを貯留した後に前記燃焼ガス分析手段でまとめて分析することを特徴とする燃焼ガス分析方法。 A method for analyzing combustion gas using the combustion gas analysis system according to any one of claims 1 to 8 , comprising:
A combustion gas analysis method characterized by collecting the combustion gas for each cycle of the internal combustion engine and continuously analyzing it with the combustion gas analysis means, or storing the combustion gas for each of a plurality of cycles in the buffer tank and then analyzing it collectively with the combustion gas analysis means.
前記燃焼ガス分析手段で連続的に分析する場合、複数の前記サイクル毎の前記燃焼ガスの分析結果を平均化処理することを特徴とする燃焼ガス分析方法。 10. The combustion gas analysis method according to claim 9 ,
A combustion gas analysis method characterized in that, when the combustion gas analysis means performs continuous analysis, analysis results of the combustion gas for each of a plurality of cycles are averaged.
燃焼ガスの酸素濃度と二酸化炭素濃度を分析し、分析結果に基づいて空気過剰率を算出して前記内燃機関の前記シリンダにおける燃焼状態及び内燃機関性能の少なくとも一方を評価することを特徴とする燃焼ガス分析方法。 The combustion gas analysis method according to claim 9 or 10 ,
A combustion gas analysis method comprising: analyzing the oxygen concentration and carbon dioxide concentration of combustion gas; calculating an excess air ratio based on the analysis results; and evaluating at least one of the combustion state in the cylinder of the internal combustion engine and the performance of the internal combustion engine.
前記燃焼状態の評価結果及び前記内燃機関性能の評価結果の少なくとも一方を前記内燃機関の制御に利用することを特徴とする燃焼ガス分析方法。 The combustion gas analysis method according to claim 11 ,
A combustion gas analysis method, characterized in that at least one of the evaluation result of the combustion state and the evaluation result of the internal combustion engine performance is utilized for controlling the internal combustion engine.
前記燃焼状態の評価結果及び前記内燃機関性能の評価結果の少なくとも一方を前記内燃機関を管理する管理部門に情報通信網を介して伝達することを特徴とする燃焼ガス分析方法。 The combustion gas analysis method according to claim 11 or 12 ,
A combustion gas analysis method comprising transmitting at least one of the evaluation results of the combustion state and the evaluation results of the internal combustion engine performance to a management department that manages the internal combustion engine via an information communication network.
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000028492A (en) | 1998-07-10 | 2000-01-28 | Horiba Ltd | Method for evaluating engine with using trace gas method |
| JP2012137374A (en) | 2010-12-27 | 2012-07-19 | Horiba Ltd | Exhaust gas analysis system and exhaust gas analysis method |
| JP5520359B2 (en) | 2011-11-10 | 2014-06-11 | 株式会社堀場製作所 | Exhaust gas analysis system and program for the system |
| US20150330868A1 (en) | 2014-05-15 | 2015-11-19 | Horiba, Ltd. | Exhaust gas analyzing apparatus |
| JP2018172990A (en) | 2017-03-31 | 2018-11-08 | 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 | Engine exhaust control system and ship equipped with the same |
| JP6449716B2 (en) | 2015-04-30 | 2019-01-09 | 日野自動車株式会社 | Engine performance test method |
| CN111140351A (en) | 2019-12-13 | 2020-05-12 | 天津大学 | Two-stroke engine scavenging efficiency test system and method using in-cylinder sampling method |
| JP2022026885A (en) | 2020-07-31 | 2022-02-10 | ナブテスコ株式会社 | Engine characteristic estimation device, engine characteristic estimation method, and engine characteristic estimation program |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0531547Y2 (en) * | 1987-08-07 | 1993-08-13 | ||
| JPH1048109A (en) * | 1996-07-30 | 1998-02-20 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Exhaust gas sampling device of reciprocal internal combustion engine |
-
2022
- 2022-02-18 JP JP2022023447A patent/JP7820800B2/en active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000028492A (en) | 1998-07-10 | 2000-01-28 | Horiba Ltd | Method for evaluating engine with using trace gas method |
| JP2012137374A (en) | 2010-12-27 | 2012-07-19 | Horiba Ltd | Exhaust gas analysis system and exhaust gas analysis method |
| JP5520359B2 (en) | 2011-11-10 | 2014-06-11 | 株式会社堀場製作所 | Exhaust gas analysis system and program for the system |
| US20150330868A1 (en) | 2014-05-15 | 2015-11-19 | Horiba, Ltd. | Exhaust gas analyzing apparatus |
| JP6449716B2 (en) | 2015-04-30 | 2019-01-09 | 日野自動車株式会社 | Engine performance test method |
| JP2018172990A (en) | 2017-03-31 | 2018-11-08 | 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 | Engine exhaust control system and ship equipped with the same |
| CN111140351A (en) | 2019-12-13 | 2020-05-12 | 天津大学 | Two-stroke engine scavenging efficiency test system and method using in-cylinder sampling method |
| JP2022026885A (en) | 2020-07-31 | 2022-02-10 | ナブテスコ株式会社 | Engine characteristic estimation device, engine characteristic estimation method, and engine characteristic estimation program |
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| Publication number | Publication date |
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