(57)【要約】【課題】潤滑油に含まれる添加剤濃度に基づいた劣化度判定を行う触媒劣化度判定装置および触媒劣化度判定方法を提供することを目的とする。【解決手段】エンジン２０に供給される潤滑油の添加剤濃度を計測する潤滑油中添加剤濃度計測センサー１１１と、潤滑油中添加剤濃度計測センサー１１１もしくは抜取分析結果から得られた添加剤濃度に基づき算出される添加剤減少量から、エンジン２０からの排ガスを処理する触媒３０の劣化度を判定する制御装置１１０と、を備えている触媒劣化度判定装置１０。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に供給される潤滑油の添加剤濃度を計測する潤滑油添加剤濃度計測手段と、
前記潤滑油添加剤濃度計測手段から得られた添加剤濃度に基づき算出される添加剤減少量から、前記内燃機関からの排ガスを処理する触媒の劣化度を判定する劣化度判定手段と、
を備えている触媒劣化度判定装置。
【請求項２】
前記劣化度判定手段は、前記添加剤減少量が所定の値に達した場合、前記内燃機関の排ガス温度を高めるための排ガス温度上昇制御を行う請求項１に記載の触媒劣化度判定装置。
【請求項３】
前記劣化度判定手段による判定結果を報知する報知手段を備えた請求項１または２に記載の触媒劣化度判定装置。
【請求項４】
前記劣化度判定手段は、前記潤滑油に含まれる添加剤の各成分ごとに前記触媒の劣化の影響度に応じた重み付けを行う請求項１から３のいずれかに記載の触媒劣化度判定装置。
【請求項５】
内燃機関に供給される潤滑油の添加剤濃度を計測する潤滑油添加剤濃度計測ステップと、
前記潤滑油添加剤濃度計測ステップにて得られた添加剤濃度に基づき算出される添加剤減少量から、前記内燃機関からの排ガスを処理する前記触媒の劣化度を判定する劣化度判定ステップと、
を備えている触媒劣化度判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒劣化度判定装置および触媒劣化度判定方法に関し、より具体的には潤滑油に含まれる添加剤の濃度計測による触媒劣化度判定装置および触媒劣化度判定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電用エンジンや、船舶推進用エンジンなどの産業用エンジン等においては、触媒を搭載し排ガス中の有害物質の除去を行っている。エンジンから排出される排ガスには潤滑油に含まれる添加剤が混入し、これが触媒に到達し触媒成分との反応などにより触媒性能を低下させる。性能が低下した触媒に対しては、洗浄または新しい触媒に交換するなどの対策を行うため、劣化度の判定が必要である。これに対し、例えば特許文献１には、潤滑油の消費量の積算値が設定値以上になったときに触媒の劣化が進んだと判定する劣化判定手段が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２６３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、実際は潤滑油の消費量の積算値が添加剤の飛散量とは等しくないため、上記特許文献１に開示された発明では正確に触媒の劣化を判定できない。これにより、性能が低下した状態の触媒の継続使用や、触媒に対する不必要なメンテナンス及び交換の実施などが発生し得ることとなる。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、高い精度にて触媒の劣化度判定を行う触媒劣化度判定装置および触媒劣化度判定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の触媒劣化度判定装置および触媒劣化度判定方法は以下の手段を採用する。
内燃機関に供給される潤滑油の添加剤濃度を計測する潤滑油添加剤濃度計測手段と、前記潤滑油添加剤濃度計測手段から得られた添加剤濃度に基づき算出される添加剤減少量から、前記内燃機関からの排ガスを処理する触媒の劣化度を判定する劣化度判定手段と、を備えている触媒劣化度判定装置を採用する。
本発明によれば、内燃機関に供給される潤滑油中の添加剤濃度に基づき算出される添加剤減少量から、劣化度判定手段が触媒の劣化度を判定することから、精度の高い劣化度判定が行える。また、潤滑油中の添加剤濃度の計測は、排ガス中の有害物質濃度を計測するよりも簡易で安価に計測を行うことができ、また計測時間も短縮される。
【０００７】
上記発明において、前記劣化度判定手段は、前記添加剤減少量が所定の値に達した場合、前記内燃機関の排ガス温度を高めるための排ガス温度上昇制御を行うとしてもよい。
本発明によれば、潤滑油中の添加剤減少量が所定の値に達した場合に内燃機関の排ガス温度を高めるための排ガス温度上昇制御を行うため、劣化した触媒の有害物質除去性能を改善し、排ガス規制に適合した状態を維持したまま適切な処置が行える。
【０００８】
上記発明において、前記劣化度判定手段による判定結果を報知する報知手段を備えるとしてもよい。
これにより、劣化度判定手段による結果を報知するため、劣化度に応じた触媒の取り扱い、例えば洗浄や交換を行うことができるなど、触媒に対し適切な処置が行える。
【０００９】
上記発明において、前記劣化度判定手段は、前記潤滑油に含まれる添加剤の各成分ごとに前記触媒の劣化の影響度に応じた重み付けを行うとしてもよい。
これにより、潤滑油に含まれる添加剤の各成分ごとに触媒の劣化の影響度に応じて重み付けを行うため、その影響度に応じた細やかな触媒劣化の管理を実施でき、適切な処置を行うことができる。
【００１０】
本発明は、内燃機関に供給される潤滑油の添加剤濃度を計測する潤滑油添加剤濃度計測ステップと、前記潤滑油添加剤濃度計測ステップにて得られた添加剤濃度に基づき算出される添加剤減少量から、前記内燃機関からの排ガスを処理する前記触媒の劣化度を判定する劣化度判定ステップと、を備えている触媒劣化度判定方法を採用する。
本発明によれば、内燃機関に供給される潤滑油中の添加剤濃度に基づき算出される添加剤減少量から、触媒の劣化度を判定することから、精度の高い劣化度判定が行える。また、潤滑油中の添加剤濃度の計測は、排ガス中の有害物質を計測するよりも簡易で安価に計測を行うことができ、また計測時間も短縮される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、潤滑油に含まれる添加剤濃度に基づいた添加剤減少量を触媒劣化度の判定に用いるので、精度の高い触媒劣化の管理が実施でき、触媒に対し適切な処置が行える。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる触媒劣化度判定装置を示した概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる触媒劣化度判定装置の処理を示したフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態にかかる触媒劣化度判定装置の処理を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る触媒劣化度判定装置および触媒劣化度判定方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について、図１を用いて説明する。
図１には、本実施形態にかかる触媒劣化度判定装置および触媒劣化度判定方法の概略構成が示されている。
図１に示されるように、エンジン（内燃機関）２０には、エンジン２０の潤滑を行う潤滑油を貯留するオイルタンク４０が接続されている。エンジン２０から排出される排ガスは、触媒３０にて脱硝、酸化等の浄化が行われた後に、図示しない煙突を介して外部に排出される。
【００１４】
オイルタンク４０からエンジン２０に供給される潤滑油には、潤滑剤の他に、清浄剤として硫黄、リン、亜鉛、カルシウム等を含む物質である添加剤が含まれている。この潤滑油中の添加剤は、蒸発および飛散などにより排ガスに混入し、触媒３０に到達する。触媒３０は、排ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）、ＣＯ（一酸化炭素）及び臭気物質（アルデヒド等）等の有害物質を取り除くために搭載されるもので、一または複数の脱硝触媒および／または酸化触媒が搭載される。排ガスは、触媒３０を通過することで触媒成分との反応により有害物質が取り除かれ、外部に排出される。また、触媒３０には、排ガス中に含まれる潤滑油の添加剤も同時に到達し、一部は触媒３０と反応し触媒成分を変質させ、また一部は触媒３０の表面を被覆する。
触媒３０は使用に伴い劣化する。この触媒３０の劣化する程度すなわち触媒劣化度を判定する装置として、触媒劣化度判定装置１０が設けられている。この触媒劣化度判定装置１０は、制御装置（劣化度判定手段）１１０、潤滑油中添加剤濃度計測センサー（潤滑油添加剤濃度計測手段）１１１、表示装置（報知手段）１１３を主な構成として備えている。
制御装置１１０には、潤滑油中添加剤濃度計測センサー１１１、表示装置１１３が接続されている。
潤滑油中添加剤濃度計測センサー１１１は、オイルタンク４０に接続される。
【００１５】
潤滑油中添加剤濃度計測センサー１１１は、オイルタンク４０に貯蔵される潤滑油中に含まれる添加剤の濃度を計測する。潤滑油中添加剤濃度計測センサー１１１から得られた添加剤の濃度に基づき算出される添加剤減少量により、制御装置１１０は触媒３０の劣化度を判定し、その結果を表示装置１１３に表示する。ここで、本実施形態では潤滑油中添加剤の濃度計測はセンサーによるものとしたが、潤滑油の抜取分析によるものでもよく、その場合は制御装置１１０に適宜分析結果を入力するものとする。さらに、本実施形態では報知手段は表示装置としたが、警報器など判定結果を外部に報知する装置であればよく、その種類は問わない。
【００１６】
次に、上記構成を有する触媒劣化度判定装置１０の詳細な処理について、図２に示すフローチャートを用いて説明する。
図２には、第１実施形態にかかる触媒劣化度判定装置１０の手順が示されている。
図２に示すように、まず制御装置１１０は運転時間の監視を行う（Ｓ２０１）。運転時間はＴｄと設定する。
次に、運転時間Ｔｄが所定の運転時間管理値Ｔｍ以上か否かの判定が行われ（Ｓ２０２）、ＴｄがＴｍ未満である場合には、ステップＳ２０１に遷移する。
一方、上記ステップＳ２０２において、Ｔｍ以上であると判定した場合には、オイルタンク４０に貯蔵されている潤滑油中の添加剤濃度を計測する（Ｓ２０３）。ここに至るまでにオイルタンク４０には潤滑油がｎ−１回補充されており、ｎ回目の補充を実施する前の潤滑油中に含まれる添加剤の濃度Ｃａｎが潤滑油中添加剤濃度計測センサー１１１、または抜取分析により計測される。
【００１７】
次に、添加剤の総量における減少量Δａが添加剤成分飛散上限値Ａ１以上か否かの判定が行われ（Ｓ２０４）、ΔａがＡ１未満の場合には、ステップＳ２０１に遷移する。
一方、上記ステップＳ２０４において、ΔａがＡ１以上であると判定した場合には、ステップＳ２０５に進む。
ここで、Ａ１は添加剤成分の飛散量、すなわち減少量の上限値を規定する閾値である。また、添加剤総量の減少量Δａは以下の（１）式で表される。
【数１】
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【００１８】
（１）式において、各記号は次の通りである。
Ｖ０は初期潤滑油量、すなわち最初にオイルタンク４０に充填される潤滑油の量であり、ΔＶ１〜ΔＶｎ−１は１回目からｎ−１回目までの補充した潤滑油の量、Ｃａは補充した潤滑油中の添加剤の濃度、Ｖｎはｎ回目の補充を行う前のオイルタンク４０に貯蔵されている潤滑油の量である。
【００１９】
ステップＳ２０５では、排ガス中の有害物質濃度を計測するか否か、すなわち排ガス中の有害物質濃度から触媒３０の劣化度を検証し最終判定するか否かの判定が行われ、計測しない場合はステップＳ２０８に進む。
一方、ステップＳ２０５において、排ガス中の有害物質濃度を計測すると判定した場合には、排ガス中有害物質濃度の計測を実施し（Ｓ２０６）、計測した実排ガス濃度Ｃｍが排ガス規制値Ｃｒ以上か否かの判定が行われ（Ｓ２０７）、ＣｍがＣｒ未満である場合はステップＳ２０１へ遷移する。
一方、ステップＳ２０７において、ＣｍがＣｒ以上であると判定された場合には、ステップＳ２０８に進む。
【００２０】
ステップＳ２０８では、エンジン制御を実施するか否かの判定が行われ、エンジン制御を実施すると判定した場合は、エンジン制御を行い（Ｓ２０９）、ステップＳ２０１へ遷移する。
ここで、エンジン制御とは、排ガス温度を高めるための排ガス温度上昇制御であり、噴射タイミングを遅らせる、噴射量を増加させる、及び、吸気量を絞る等の制御がある。
一方、ステップＳ２０８において、エンジン制御を実施しないと判定した場合には、触媒３０の劣化度の判定結果を表示装置１１３を用いて報知する（Ｓ２１０）。この情報をもとに、触媒３０の洗浄や、交換を行い（Ｓ２１１）、ステップＳ２０１に遷移する。
【００２１】
以上、説明してきたように、本実施形態に係る触媒劣化度判定装置および触媒劣化度判定方法によれば、エンジン２０に供給される潤滑油中の添加剤濃度に基づき算出される添加剤減少量から、制御装置１１０が触媒３０の劣化度を判定することから、精度の高い劣化度判定が行える。また、潤滑油中の添加剤濃度の計測は、排ガス中の有害物質濃度を計測するよりも簡易で安価に計測を行うことができ、また計測時間も短縮される。
また、潤滑油中の添加剤減少量が所定の値に達した場合にエンジン２０の排ガス温度を高めるための排ガス温度上昇制御を行うため、エンジン２０に対し適切な制御が行える。この制御によりエンジン２０から排出される排ガスの温度が上昇することで、触媒３０の反応性が向上する。被毒で劣化していても性能が回復するため、排ガス規制をクリアしながら次に使用する触媒３０の準備ができるなど触媒３０を有効に使用できる。
また、制御装置１１０による結果を報知するため、劣化度に応じた触媒３０の取り扱い、例えば洗浄や交換を行うことができるなど、触媒３０に対し適切な処置が行える。
また、潤滑油中の添加剤減少量に加え、排ガス中の有害物質濃度から触媒３０の劣化度を最終判定することから、不要な洗浄および交換を回避できるとともに、高額かつ長期間を要す排ガス中の有害物質計測も最低限に抑えることができる。
【００２２】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。
上記した第１実施形態では、潤滑油中に含まれる添加剤の減少量によって判定したが、本実施形態では、この添加剤の減少量に対し、潤滑油中に含まれる添加剤の成分ごとに触媒３０の劣化の影響度に応じた重み付けを行うものである。その他の点については第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【００２３】
潤滑油中に含まれる添加剤には、Ｓ、Ｐ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｎ等の被毒物質のいずれかの成分が含まれている。これらの成分は、触媒表面の被覆および触媒成分との反応など触媒３０の劣化に影響を及ぼすが、成分によりその影響度は異なる。
例えば、これら６つの成分の場合には、触媒３０の劣化の影響度は以下のように表される。
Ｓｉ≧Ｐ＞Ｓ＞Ｃａ、Ｍｇ及びＺｎ
本実施形態では、上述した添加剤の各成分ごとの触媒３０の劣化の影響度に応じて重み付けを行う。
【００２４】
図３には、第２実施形態にかかる触媒劣化度判定装置１０の手順が示されている。
図３に示すように、まず制御装置１１０は運転時間の監視を行う（Ｓ３０１）。運転時間はＴｄと設定する。
次に、運転時間Ｔｄが所定の運転時間管理値Ｔｍ以上か否かの判定が行われ（Ｓ３０２）、ＴｄがＴｍ未満である場合には、ステップＳ３０１に遷移する。
一方、上記ステップＳ３０２において、Ｔｍ以上であると判定した場合には、オイルタンク４０に貯蔵されている潤滑油中の添加剤濃度を計測する（Ｓ３０３）。ここに至るまでにオイルタンク４０には潤滑油がｎ−１回補充されており、ｎ回目の補充を実施する前の潤滑油中に含まれる添加剤の濃度が潤滑油中添加剤濃度計測センサー１１１、または抜取分析により計測される。
【００２５】
次に、潤滑油中の添加剤成分の減少量と影響度の積の和Ｘが、添加剤成分飛散上限値Ａ２以上か否かの判定が行われ（Ｓ３０４）、ＸがＡ２未満の場合には、ステップＳ３０１に遷移する。
一方、上記ステップＳ３０４において、ＸがＡ２以上であると判定した場合には、ステップＳ３０５に進む。
ここで、Ａ２は潤滑油中の添加剤成分の減少量と影響度の積の和の上限値を規定する閾値である。また、潤滑油中の添加剤成分の減少量と影響度の積の和Ｘは以下の（２）式で表される。
【数２】
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【００２６】
（２）式において、各記号は次の通りである。
Δｐ，Δｚ，Δｓ，Δｘは潤滑油中の成分ｐ，ｚ，ｓ，ｘの減少量、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍｘは各々成分ｐ，ｚ，ｓ，ｘが触媒３０の劣化に及ぼす影響度を表す重み係数であり、以下の（３）式を満たす値である。
Ｍ１＋Ｍ２＋Ｍ３＋・・・＋Ｍｘ＝１・・・（３）
Ｃｐ，Ｃｚ，Ｃｓ，Ｃｘは補充した潤滑油中の成分ｐ，ｚ，ｓ，ｘの濃度、Ｃｐｎ，Ｃｚｎ，Ｃｓｎ，Ｃｘｎはｎ回目の補充を行う前のオイルタンク４０に貯蔵されている潤滑油中の成分ｐ，ｚ，ｓ，ｘの濃度であり、潤滑油中添加剤濃度計測センサー１１１、または抜取分析により計測される。
【００２７】
ステップＳ３０５では、排ガス中の有害物質濃度を計測するか否か、すなわち排ガス中の有害物質濃度から触媒３０の劣化度を検証し最終判定するか否かの判定が行われ、計測しない場合はステップＳ３０８に進む。
一方、ステップＳ３０５において、排ガス中の有害物質濃度を計測すると判定した場合には、排ガス中有害物質濃度の計測を実施し（Ｓ３０６）、計測した実排ガス濃度Ｃｍが排ガス規制値Ｃｒ以上か否かの判定が行われ（Ｓ３０７）、ＣｍがＣｒ未満である場合はステップＳ３０１へ遷移する。
一方、ステップＳ３０７において、ＣｍがＣｒ以上であると判定された場合には、ステップＳ３０８に進む。
【００２８】
ステップＳ３０８では、エンジン制御を実施するか否かの判定が行われ、エンジン制御を実施すると判定した場合は、エンジン制御を行い（Ｓ３０９）、ステップＳ３０１へ遷移する。
ここで、エンジン制御とは、排ガス温度を高めるための排ガス温度上昇制御であり、噴射タイミングを遅らせる、噴射量を増加させる、及び、吸気量を絞る等の制御がある。
一方、ステップＳ３０８において、エンジン制御を実施しないと判定した場合には、触媒３０の劣化度の判定結果を表示装置１１３を用いて報知する（Ｓ３１０）。この情報をもとに、触媒３０の洗浄や、交換を行い（Ｓ３１１）、ステップＳ３０１に遷移する。
【００２９】
以上、説明してきたように、本実施形態に係る触媒劣化度判定装置および触媒劣化度判定方法によれば、潤滑油に含まれる添加剤の各成分ごとに触媒３０の劣化の影響度に応じて重み付けを行うため、その影響度に応じた細やかな触媒劣化の管理を実施でき、適切な処置を行うことができる。
【符号の説明】
【００３０】
１０  触媒劣化度判定装置
２０  エンジン（内燃機関）
３０  触媒
４０  オイルタンク
１１０  制御装置（劣化度判定手段）
１１１  潤滑油中添加剤濃度計測センサー（潤滑油添加剤濃度計測手段）
１１３  表示装置（報知手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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