JP2012137337A - エンジン用潤滑油の異物検出装置およびエンジンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易迅速に潤滑油のダイリューションの発生を早期に検出することができるエンジン用潤滑油の異物検出装置およびエンジンシステムを提供する。
【解決手段】本実施例に係るエンジン用潤滑油の異物検出装置４０は、ディーゼルエンジン１０から排出される潤滑油３２の一部を抜き出す潤滑油分取ラインＬ１１と、潤滑油分取ラインＬ１１から抜き出した潤滑油３２に酸性薬剤４７を添加する酸性薬剤供給手段４１と、潤滑油３２を加熱して潤滑油３２中に含まれる無機成分を炭化し、炭化物５０を生成する電気炉４２と、炭化物５０を検出する分析装置４３と、を有し、分析装置４３で得られた検出結果から燃料油中に含まれる無機成分を検出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えばディーゼルエンジンの潤滑油と燃料油の混合によって潤滑油中に含まれる無機元素を検出し、トラブルを未然に防止し、かつエンジン運転継続の可否を判断するエンジン用潤滑油の異物検出装置およびエンジンシステムに関する。

ディーゼルエンジンの潤滑油の品質および純度が維持されることは、エンジンの耐久性を維持させるために極めて重要である。化石燃料を使用するディーゼルエンジンなどの内燃機関においては、燃焼室、配管等を経由して燃料油が潤滑油に混入する場合がある。ディーゼルエンジン用の燃料である重油中には、例えば、スラッジ、ＦＣＣ（Fluid Catalytic Cracking）触媒由来のアルミナ、シリカなどが含まれている。そのため、燃料油が潤滑油に混入すると、潤滑油の中に夾雑物等の異物成分が生成し、スカッフィング等の磨耗を引き起こし、機器損傷を引き起こす原因となる可能性が高くなる。また、エンジン内部の潤滑を目的とする潤滑油の本来の機能を果たせなくなる。そのため、定期的に潤滑油を交換するか、定期的に抜き取り検査を行うことによって、潤滑油中に含まれる異物の量とその成分を分析して迅速に検出し、機器の摩耗が発生する危険性を低減する必要がある。

特に、近年では、石油を精製する段階で発生するライトサイクル油（Light Cycle Oil；ＬＣＯ）等の粗悪成分の混入が増大している。そのため、バナジウム（Ｖ）やニッケル（Ｎｉ）などの無機成分が燃料油中に含まれる濃度も増加傾向にあり、燃料油がエンジンで燃焼した際にＶやＮｉなど無機成分の酸化物の灰やスラッジが発生している。

潤滑油中の異物の計測方法として、例えばフェログラフィ法、油中微粒子測定法（ＮＡＳ等級）（ＪＩＳＢ９９３４）、光学顕微鏡を用いた微粒子測定法（ＪＩＳＢ９９３０）、質量法による汚染測定法（ＪＩＳＢ９９３１）等がある（例えば、非特許文献１〜３参照）。

潤滑油中の異物の他の計測方法として、フィルタラビリティ試験方法や可視領域の吸光度を測定する方法などが提案されている。フィルタラビリティ試験方法は、吸引ろ過器具等に設置したろ過器に濾紙を設置し、有機溶剤（例えばヘキサン等）で予め希釈した潤滑油を所定量供給し、真空ポンプで減圧することにより、潤滑油に含まれる異物を濾紙上に捕集する方法である。濾紙上に回収した異物を検査することで、潤滑油中の異物の有無およびその粒子径を把握している。

また、可視領域の吸光度を測定する方法を用いる場合、潤滑油を極性溶媒等に混合して可視領域の吸光度を測定することにより、現場で潤滑油中に含まれる鉄（Ｆｅ）分を測定し、使用中の潤滑油が、灰、金属片で高度に汚染される前に交換することで、潤滑油使用機器の故障等を未然に抑制するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００８−５４２７１３号公報

ＪＩＳＢ９９３４ ＪＩＳＢ９９３０ ＪＩＳＢ９９３１

前記ＪＩＳ法やフィルタラビリティ試験方法などを用いた従来の分析方法では、吸引ろ過等の分析操作で最低１日かかる。また、ポンプや吸引ろ過器具などの各機器、器具、有機溶剤が必要であると共に、有機溶剤（トルエン、キシレン、ペンタン、ヘキサン、ジクロロメタンなど)を使用しているので、局所排気設備内での操作が必要となる。またポンプを使用するには電源が必要であるが、現場においては電源確保が困難な場合が多い。このため、現場にてサンプリングした潤滑油を、分析室に移送して分析しなければならないため、採取したあとの梱包・移送・試料受け渡しなどの手間として１日程度かかる。そのため、結果が出るまで約１週間程度かかり、潤滑油に含まれる異物の検出には時間がかかる、という問題がある。

従来の分析方法は、現場にて潤滑油の一部をサンプリングした後、測定を行うというバッチ式処理方法であるため、運転条件に反映させるのに時間差（タイムラグ）が生じる、という問題もある。

ダイリューションの度合いが高くなると、ピストン摺動面の潤滑性が低下し、スカッフィングを起こしやすくなる、という問題がある。

従来の分析方法は、現場にて潤滑油の一部をサンプリングした後、測定を行うというバッチ式処理方法であるため、運転条件に反映させるのに時間差（タイムラグ）が生じる、という問題もある。

また、分析結果が出るまでに長期間を要し、その対策を実施するまでの間に多くの損失を招いているのが現状である。特に、ピストンの摺動面の潤滑性を維持し、スカッフィングを抑制する観点から、正常な潤滑性を維持するためには、希釈ダイリューションの割合は極力低くする必要があるが、燃料油の混入割合は５％以下に抑制する必要がある。

本発明は、前記問題に鑑み、簡易迅速に潤滑油の希釈（ダイリューション）の発生を早期に検出することができるエンジン用潤滑油の異物検出装置およびエンジンシステムを提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、エンジンから排出される潤滑油の一部を抜き出す潤滑油分取ラインと、前記潤滑油分取ラインから抜き出した潤滑油に酸性薬剤を添加する酸性薬剤供給手段と、前記潤滑油を加熱して前記潤滑油中に含まれる無機成分を炭化し、炭化物を生成する加熱手段と、前記炭化物を検出する分析手段と、を有し、前記分析手段で得られた分析結果から燃料油中に含まれる無機成分を検出することを特徴とするエンジン用潤滑油の異物検出装置である。

第２の発明は、第１の発明において、前記加熱手段が、電気炉、またはマイクロ波照射装置であることを特徴とするエンジン用潤滑油の異物検出装置である。

第３の発明は、第１または２の発明において、前記分析手段が、蛍光Ｘ線分析装置、レーザ照射装置、誘導結合プラズマ発光分光分析装置、または原子吸光分析装置のいずれかであることを特徴とするエンジン用潤滑油の異物検出装置である。

第４の発明は、エンジンから排出される潤滑油の一部を抜き出し、前記エンジンから排出される潤滑油中に酸性薬剤を添加し、前記潤滑油を加熱して前記潤滑油中に含まれる無機成分を炭化して、炭化物を生成し、前記炭化物を検出し、検出結果から前記燃料油中に含まれる無機成分を検出することを特徴とするエンジン用潤滑油の異物検出装置である。

第５の発明は、第４の発明において、前記加熱手段として、電気炉、またはマイクロ波照射装置を用いることを特徴とするエンジン用潤滑油の異物検出装置である。

第６の発明は、第４または５の発明において、前記分析手段として、蛍光Ｘ線分析装置、レーザ照射装置、誘導結合プラズマ発光分光分析装置、または原子吸光分析装置のいずれかを用いることを特徴とするエンジン用潤滑油の異物検出装置である。

第７の発明は、エンジンと、前記エンジンの前記潤滑油を溜めるオイルパンと、前記潤滑油を前記エンジンに循環させる潤滑油循環ラインと、前記潤滑油循環ラインから前記潤滑油の一部を分取した前記潤滑油中に含まれる無機成分を検知する第１から第３のいずれか一つの発明のエンジン用潤滑油の異物検出装置と、を有することを特徴とするエンジンシステムである。

本発明によれば、簡易迅速に潤滑油中の無機元素を検出することができる。このため、所定期間経過毎に定期的に短時間で潤滑油の検査を行い、かつエンジン運転継続の可否を判断することが、エンジン設置現場で可能となり、得られた情報に基づいて潤滑油の交換や追加、添加剤などの添加を適正な時期に行うことが可能となる。

図１は、ディーゼルエンジンを模式的に示す説明図である。 図２は、１つの気筒を模式的に示す説明図である。 図３は、実施例１に係るエンジン用潤滑油の異物検出装置を備えたエンジンシステムの概略図である。

以下、本発明を実施するための実施例につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に記載した内容により限定されるものではない。また、以下に記載した下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した下記実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

図１は、ディーゼルエンジンを模式的に示す説明図である。図２は、１つの気筒を模式的に示す説明図である。図１に示すように、本実施例のディーゼルエンジン１０は、１つ以上（本実施例では９つ）の気筒１１と、過給機１２と、空気冷却器１３と、排気集合管１４とを含む。まずは図２を用いて１つの気筒１１の基本的な構成を説明する。なお、以下では、気筒１１の一例としてレシプロ型のものを説明するが、気筒１１はロータリー型のものでもよい。図２に示すように、気筒１１は、シリンダ２１と、ピストン２２と、クランク軸２３と、クランク室２３ａと、コネクティングロッド２４と、シリンダヘッド２５と、燃焼室２５ａと、吸気ポート２６ａと、吸気バルブ２６と、排気ポート２７ａと、排気バルブ２７と、インジェクタ２８と、オイルパン２９とを含む。

シリンダ２１は、筒状の部材である。ピストン２２は、シリンダ２１の中空部に設けられる。ピストン２２は、シリンダ２１の中心軸方向に移動できるように設けられる。クランク軸２３は、回転できるようにクランク室２３ａに設けられる。クランク室２３ａは、シリンダ２１の中心軸方向の一方側に設けられる。クランク軸２３は、ピストン２２の往復運動を回転運動に変換する。コネクティングロッド２４は、ピストン２２とクランク軸２３とを連結する。

シリンダヘッド２５は、シリンダ２１の中心軸方向の他方側（クランク室２３ａとは反対側）に設けられる。燃焼室２５ａは、ピストン２２と、シリンダヘッド２５とで囲まれる空間である。

吸気ポート２６ａおよび排気ポート２７ａは、気筒１１の外部と燃焼室２５ａとを連通する。吸気バルブ２６は、吸気ポート２６ａに設けられる。吸気バルブ２６は、吸気ポート２６ａを介して気筒１１の外部と燃焼室２５ａとの間での空気の流動を調節する。排気バルブ２７は、排気ポート２７ａに設けられる。排気バルブ２７は、排気ポート２７ａを介して気筒１１の外部と燃焼室２５ａとの間での空気の流動を調節する。

燃料噴射ポンプ３０は、燃料油を加圧し、インジェクタ２８に燃料油を導く。インジェクタ２８は、例えば燃焼室２５ａに噴出口が突出して設けられる。燃料噴射ポンプ３０は、燃料油供給タンク３１から導かれた燃料油を燃焼室２５ａに導く。なお、燃料噴射ポンプ３０は、吸気ポート２６ａに噴出口が突出して設けられてもよい。オイルパン２９は、クランク室２３ａに設けられる。オイルパン２９は、潤滑油３２を溜める。

上記構成の気筒１１は、吸気、圧縮、膨張、排気の１サイクルを繰り返し行う。これにより、気筒１１は、ピストン２２が往復運動し、クランク軸２３が回転する。なお、気筒１１は、４ストロークで１サイクルを行うものでもよいし、２ストロークで１サイクルを行うものでもよい。

ディーゼルエンジン１０についての説明に戻る。過給機１２は、空気を加圧する。過給機１２は、図２に示す排気ポート２７ａから排出された排気ガスのエネルギーを得て空気を加圧する、いわゆるターボチャージャーである。なお、過給機１２は、クランク軸２３の回転力を得て空気を加圧する、いわゆるスーパーチャージャーでもよい。空気冷却器１３は、過給機１２から導かれた空気を冷却する。排気集合管１４は、各気筒１１の排気ポート２７ａと連通する。本実施例では、各気筒１１の排気ポート２７ａから排出された排気ガスは排気集合管１４を介して過給機１２に導かれる。

ここで、図１に示すクランク軸２３は、各気筒１１で共通の部材である。上記構成により、各気筒１１が稼動することにより、ディーゼルエンジン１０はクランク軸２３を回転させる。なお、本実施例では、ディーゼルエンジン１０が過給機１２を含むものとして説明したが、ディーゼルエンジン１０は、過給機１２を含まなくてもよい。すなわち、ディーゼルエンジン１０は、自然吸気型の内燃機関でもよい。この場合、ディーゼルエンジン１０は、空気冷却器１３を含まなくてもよい。

ディーゼルエンジン１０は、本実施例に係るエンジン用潤滑油の異物検出装置４０を備えている。図３は、本実施例に係るエンジン用潤滑油の異物検出装置を備えたエンジンシステムの概略図である。図３に示すように、本実施例に係るエンジン用潤滑油の異物検出装置４０は、潤滑油分取ラインＬ１１と、酸性薬剤供給手段４１と、電気炉（加熱手段）４２と、潤滑油３２に含まれる無機元素を分析する分析装置（分析手段）４３と、制御装置４４を有する。

潤滑油３２に含まれる無機元素は、燃料油に由来するものであり、燃料油中に含まれる異物としては、ＦＣＣ触媒由来のアルミナ、シリカや、潤滑油由来の金属成分等である。これらが許容量以上潤滑油３２に含まれていると、エンジンの摺動不良を発生させたり、長期間にわたって安定的に発電することが困難となる。

潤滑油３２は、ディーゼルエンジン１０のオイルパン２９から排出され、潤滑油循環ラインＬ１２を介して再度ディーゼルエンジン１０に送給され、ディーゼルエンジン１０と潤滑油循環ラインＬ１２とを循環している。潤滑油３２は、潤滑油貯蔵タンク４５に貯蔵されている。潤滑油３２は潤滑油送給ラインＬ１３を介して潤滑油貯蔵タンク４５から潤滑油循環ラインＬ１２に供給される。

潤滑油分取ラインＬ１１は、ディーゼルエンジン１０から排出される潤滑油３２の一部を抜き出すラインである。潤滑油分取ラインＬ１１には、調節弁Ｖ１１が設けられている。潤滑油循環ラインＬ１１から抜き出される潤滑油３２の量は、調節弁Ｖ１１により調整される。制御装置４４は、運転時間が定期検査時間を超えたと判断したら、潤滑油分取ラインＬ１１の調節弁Ｖ１１を開放し、ディーゼルエンジン１０から排出される潤滑油３２の一部を潤滑油循環ラインＬ１２から抜き出し、潤滑油回収容器４６に回収する。

酸性薬剤供給手段４１は、潤滑油回収容器４６に酸性薬剤４７を添加するものである。酸性薬剤４７としては、例えば、硫酸、硝酸、塩酸、およびこれらの混酸(王水など)等が挙げられる。潤滑油回収容器４６への潤滑油３２および酸性薬剤４７の添加時期は、特に限定されるものではない。潤滑油分取ラインＬ１１から抜き出した潤滑油３２を潤滑油回収容器４６に加えた後に酸性薬剤４７を潤滑油回収容器４６に添加してもよいし、潤滑油３２と同時に酸性薬剤４７を添加してもよいし、潤滑油３２を潤滑油回収容器４６に加える前に酸性薬剤４７を潤滑油回収容器４６に添加してもよい。

酸性薬剤４７は、酸性薬剤貯蔵タンク４８に貯蔵されている。酸性薬剤４７は、後述する電気炉４２で潤滑油３２を加熱する際に、潤滑油３２に含まれる成分の炭化を促進する。酸性薬剤貯蔵タンク４８に貯蔵されている酸性薬剤４７は酸性薬剤送給ライン４９を介して潤滑油回収容器４６に送給される。酸性薬剤送給ライン４９には、調節弁Ｖ１２が設けられている。酸性薬剤送給ライン４９から送給される酸性薬剤４７の量は、調節弁Ｖ１２により調整される。

潤滑油回収容器４６は、コンベア５１上に設けられ、潤滑油３２に酸性薬剤４７が添加された後、潤滑油回収容器４６はコンベア５１により電気炉４２に送給される。

電気炉４２は、潤滑油３２を加熱して潤滑油３２中に含まれる無機成分を炭化して炭化物５０を生成する。

本実施例においては、加熱手段として電気炉を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、マイクロ波照射装置など潤滑油３２を加熱できるものであればよい。

電気炉４２で潤滑油３２中に含まれる無機成分を炭化した後、潤滑油回収容器４６はコンベア５３により電気炉４２から外部に送給される。

潤滑油回収容器４６が電気炉４２から外部に送給された後、分析装置４３により潤滑油回収容器４６内にある炭化物５０を分析する。分析装置４３は、炭化物５０を検出するものである。分析装置４３としては、炭化物を分析することができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、蛍光Ｘ線分析装置、レーザ照射装置、誘導結合プラズマ発光分光分析装置、原子吸光分析装置などの少なくとも１つが用いられる。

分析装置４３により分析された結果は、制御装置４４に伝達される。制御装置４４は、分析装置４３により分析された結果から、炭化物５０に含まれている無機元素の割合を算出し、潤滑油３２の燃料油による希釈化の割合を求めることができる。

制御装置４４は、潤滑油の燃料油による希釈化の割合が所定値（例えば５％）以上と判定した場合には、潤滑油の交換が必要と判断し、ディーゼルエンジン１０の運転を停止し、制御装置４４は、オイルパン２９中の潤滑油３２を補充または入替操作を行う。

なお、分析装置４３は、各気筒１１について設けてもよいし、複数の気筒１１で共有してもよい。また、本実施例に係るエンジン用潤滑油の異物検出装置４０は、１つのディーゼルエンジン１０にのみ用いてもよいし、複数のディーゼルエンジン１０で共用してもよい。

分析装置４３により潤滑油回収容器４６内にある炭化物５０が分析された後、潤滑油回収容器４６は、コンベア５３により分析廃棄物回収用ピット５４に送給されて集積された後、廃棄処分される。

このように、本実施例に係るエンジン用潤滑油の異物検出装置４０によれば、ディーゼルエンジン１０の運転中において、従来のように結果が出るまでに長期間を要することがなく、分析装置４３で得られた分析結果から潤滑油３２中に含まれる無機成分を迅速に検出することができる。無機成分は、潤滑油３２中に混入した燃料油に起因するものであることから、無機成分が確認されることにより、燃料油の混入の程度も判断することができる。したがって、潤滑油３２への燃料油の希釈割合を早期に検出することで、制御装置４４を通してディーゼルエンジン１０の運転制御や、潤滑油３２の補充または交換に即座に反映することができる。

このため、所定期間経過毎に定期的に短時間で潤滑油３２の検査を行うことが、エンジン設置現場で可能となり、得られた情報に基づいて潤滑油３２の交換を適正な時期に行うことが可能となる。これにより、ディーゼルエンジン１０の運転中における潤滑油３２の状況を迅速に把握でき、ディーゼルエンジン１０に用いられる機器の故障やトラブルを未然に防止する対策を講じることが可能となる。

１０ ディーゼルエンジン
１１ 気筒
３２ 潤滑油
４０ 異物検出装置
４１ 酸性薬剤供給手段
４２ 電気炉（加熱手段）
４３ 分析装置（分析手段）
４４ 制御装置
４５ 潤滑油貯蔵タンク
４６ 潤滑油回収容器
４７ 酸性薬剤
４８ 酸性薬剤貯蔵タンク
４９ 酸性薬剤送給ライン
５０ 炭化物
５１、５３ コンベア
５４ 分析廃棄物回収用ピット
Ｌ１１ 潤滑油分取ライン
Ｌ１２ 潤滑油循環ライン
Ｌ１３ 潤滑油送給ライン
Ｖ１１、Ｖ１２ 調節弁

Claims (7)

1. エンジンから排出される潤滑油の一部を抜き出す潤滑油分取ラインと、
   前記潤滑油分取ラインから抜き出した潤滑油に酸性薬剤を添加する酸性薬剤供給手段と、
   前記潤滑油を加熱して前記潤滑油中に含まれる無機成分を炭化し、炭化物を生成する加熱手段と、
   前記炭化物を検出する分析手段と、を有し、
   前記分析手段で得られた分析結果から燃料油中に含まれる無機成分を検出することを特徴とするエンジン用潤滑油の異物検出装置。
2. 請求項１において、
   前記加熱手段が、電気炉、またはマイクロ波照射装置であることを特徴とするエンジン用潤滑油の異物検出装置。
3. 請求項１または２において、
   前記分析手段が、蛍光Ｘ線分析装置、レーザ照射装置、誘導結合プラズマ発光分光分析装置、または原子吸光分析装置のいずれかであることを特徴とするエンジン用潤滑油の異物検出装置。
4. エンジンから排出される潤滑油の一部を抜き出し、
   前記エンジンから排出される潤滑油中に酸性薬剤を添加し、
   前記潤滑油を加熱して前記潤滑油中に含まれる無機成分を炭化して、炭化物を生成し、
   前記炭化物を検出し、
   検出結果から前記燃料油中に含まれる無機成分を検出することを特徴とするエンジン用潤滑油の異物検出装置。
5. 請求項４において、
   前記加熱手段として、電気炉、またはマイクロ波照射装置を用いることを特徴とするエンジン用潤滑油の異物検出装置。
6. 請求項４または５において、
   前記分析手段として、蛍光Ｘ線分析装置、レーザ照射装置、誘導結合プラズマ発光分光分析装置、または原子吸光分析装置のいずれかを用いることを特徴とするエンジン用潤滑油の異物検出装置。
7. エンジンと、
   前記エンジンの前記潤滑油を溜めるオイルパンと、
   前記潤滑油を前記エンジンに循環させる潤滑油循環ラインと、
   前記潤滑油循環ラインから前記潤滑油の一部を分取した前記潤滑油中に含まれる無機成分を検知する請求項１から３のいずれか一つのエンジン用潤滑油の異物検出装置と、
   を有することを特徴とするエンジンシステム。

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