JP6865138B2 - 排ガス処理装置の判定方法及び排ガス処理装置の判定システム - Google Patents

Description

本発明は、排ガス処理装置の判定方法及び排ガス処理装置の判定システムに関する。

油圧ショベル、ホイールローダ、或いはダンプトラック等の作業機械では、ディーゼルエンジンからの排ガス中に含まれる粒子状物質：Particulate Matter（以降ＰＭと記載）の処理のため、ディーゼル酸化触媒：Diesel Oxidation Catalyst（以降ＤＯＣと記載）を含む排ガス処理装置が設けられている。

ＰＭには、煤（カーボンスート）とアッシュ（灰分）が含まれる。煤は、ディーゼル酸化触媒の触媒作用によって燃焼が促進されることで除去されるが、燃焼させるだけでは十分除去することはできない。また、アッシュは、エンジンオイルなどに含まれる金属系添加物の燃え残りであり、フィルタを高温にしても燃焼除去できない。

そのため、排ガス処理装置を作業機械から取り外して、ＰＭによる目詰まりを定期的にメンテナンスする必要がある（特許文献１参照）。

特開２０１１−０１４００３号公報

ところで、排ガス処理装置が高温に長時間曝されて熱被害を受けると、触媒が凝集して処理性能が低下して使用できなくなってしまうため、処理性能が低下した排ガス処理装置を廃棄する必要がある。

しかしながら、排ガス処理装置の熱被害度合いを定量的に把握することは容易ではないため、排ガス処理装置の使用可否を精度良く判定することは困難である。

特に、定期メンテナンスを受けた排ガス処理装置は、以前に搭載されていた作業機械とは別の作業機械に搭載される場合が多いため、当該排ガス処理装置における累積的な熱被害度合いを考慮して精度良く使用可否を判定することは困難である。

本発明は、精度良く排ガス処理装置の使用可否を判定可能な技術を提供することを目的とする。

本発明に係る排ガス処理装置の判定方法は、作業機械に搭載され、ディーゼル酸化触媒及び触媒化スートフィルタの少なくとも一方を有する排ガス処理装置の熱被害度合いを示す熱被害情報を、排ガス処理装置の固有識別符号に基づいて累積することによって累積熱被害情報を取得する取得工程と、累積熱被害情報に基づいて、排ガス処理装置の使用可否を判定する判定工程とを備える。

本発明によれば、精度良く排ガス処理装置の使用可否を判定可能な排ガス処理装置の判定方法及び排ガス処理装置の判定システムを提供することができる。

排ガス処理装置の判定システムの全体構成を示す模式図 第１及び第２作業機械それぞれの構成を示す模式図 「温度情報」に含まれる温度測定値のカウント数を示すヒストグラム 第１作業機械に搭載されているディーゼルパーティキュレートフィルタの「第１熱被害情報」と「第２熱被害情報」とに含まれる温度測定値のカウント数を示すヒストグラム 端末コンピュータ７の構成の一部を示す模式図 第１作業機械１に搭載されているディーゼルパーティキュレートフィルタの「累積熱被害情報」に含まれる温度測定値のカウント数を示すヒストグラム

（排ガス処理装置の判定システムの全体構成）
図１は、本実施形態に係る排ガス処理装置の判定システム１００の全体構成を示す模式図である。

判定システム１００は、第１作業機械１、第２作業機械２、ＧＰＳ衛星３、通信衛星４、データサーバ５、ネットワーク６、及び端末コンピュータ７を備える。

［第１及び第２作業機械１，２］
図２は、第１及び第２作業機械１，２それぞれの構成の一部を示す模式図である。

第１及び第２作業機械１，２のそれぞれは、鉱山や道路等の建設現場において、掘削、地均し、或いは、土砂運搬などの作業を行うための車両である。第１及び第２作業機械１，２のそれぞれは、例えば、油圧ショベル、ホイールローダ、ブルドーザ、モータグレーダ、クレーン、及びフォークリフトなどである。

図２に示すように、第１及び第２作業機械１，２それぞれは、エンジン１０、ディーゼルパーティキュレートフィルタ（以降ＤＰＦと記載）２０、選択還元触媒（以降ＳＣＲと記載）３０、コントローラ４０、及びアンテナ５０を備える。

（１）エンジン１０
エンジン１０は、駆動源としての内燃機関である。本実施形態において、エンジン１０は、ディーゼルエンジンである。エンジン１０から排出される排ガスには、ＰＭ及びＮＯ_Ｘなどが含まれている。

（２）ＤＰＦ２０
ＤＰＦ２０は、本実施形態に係る「排ガス処理装置」の一例である。ＤＰＦ２０は、エンジン１０の排気側に接続される。ＤＰＦ２０は、排ガス中に含まれるＰＭを捕集する。ＤＰＦ２０は、後述する強制再生では除去しきれないＰＭによる目詰まりを取り除くため、作業機械から取り外して、定期的にメンテナンスする必要がある。

ここで、定期的なメンテナンスを受けたＤＰＦ２０は、以前に搭載されていた作業機械とは別の作業機械に搭載される場合がある。本実施形態では、以前、第２作業機械２に搭載されていたＤＰＦ２０が、現在は、第１作業機械１に搭載されている場合が想定されている。

ＤＰＦ２０は、ケース２１、ＤＯＣ２２、触媒化スートフィルタ：Catalyzed Soot Filter（以降ＣＳＦと記載）２３、温度センサ２４、差圧センサ２５を備える。

ケース２１は、ＤＯＣ２２とＣＳＦ２３とを収容する。ケース２１には、温度センサ２４と差圧センサ２５とが取り付けられる。

ＤＯＣ２２は、排ガス中に必要に応じて供給されるドージング燃料を酸化発熱させて、排ガス温度を所定の高温域まで昇温させる触媒である。昇温した排ガスは、後述するＣＳＦ２３の強制再生に利用される。ドージング燃料には、例えばエンジン燃料と同じ軽油を用いることができる。ドージング燃料は、図示しないドージング用の燃料噴射装置から排ガス中に供給され、排ガスとともにＤＯＣ２２に流入する。

ＤＯＣ２２の酸化触媒には、例えばＰｔ／Ｐｄ合金を用いることができる。この酸化触媒は、高温に長時間曝されて熱被害を受けると、徐々に凝集して触媒性能が低下する。

ＣＳＦ２３は、排ガス中のＰＭを捕集するフィルタである。ＣＳＦ２３は、多数の小孔を有するハニカム構造を有する。ＣＳＦ２３の小孔は、入口側で開口して出口側で目封じされた流入孔と、入口側で目封じされて出口側で開口した流出孔とを含む。流入孔と流出孔は、境界壁を介して交互に配置されており、流入孔から流入した排気ガスが、境界壁を通過して流出孔に抜けるようになっている。ＰＭは、境界壁によって捕集される。

ＣＳＦ２３にＰＭが堆積すると、ＤＯＣ２２によって昇温された排ガスを利用してＰＭを燃焼除去する、いわゆる強制再生が実行される。ＣＳＦ２３にＰＭが堆積したか否かは、差圧センサ２５の測定値に基づいてコントローラ４０が判断する。

ＣＳＦ２３の材質には、コージェライトや炭化珪素等のセラミックス、または、ステンレスやアルミニウム等の金属を用いることができ、用途に応じて適宜選択される。

ＣＳＦ２３の入口側には、ＤＯＣ２２とは材質の異なる酸化触媒（例えば、Ｐｔ）がコーティングされている。この酸化触媒も、高温に長時間曝されて熱被害を受けると、徐々に凝集して触媒性能が低下する。

温度センサ２４は、ＣＳＦ２３の出口側（下流側）の排ガス温度を測定する。温度センサ２４は、測定値をコントローラ４０に出力する。

差圧センサ２５は、第１圧力センサ２５１及び第２圧力センサ２５２を有する。第１圧力センサ２５１は、ＣＳＦ２３の入口側（上流側）の排ガス圧力を測定する。第２圧力センサ２５２は、ＣＳＦ２３の出口側の排ガス圧力を測定する。第１圧力センサ２５１及び第２圧力センサ２５２それぞれは、測定値をコントローラ４０に出力する。

（３）ＳＣＲ３０
ＳＣＲ３０は、ＤＰＦ２０の下流側に接続される。ＳＣＲ３０は、アンモニアを還元剤として、排ガス中のＮＯ_Ｘを還元浄化する。ＳＣＲ３０には尿素が結晶化して析出する場合があるため、ＤＰＦ２０の強制再生と同様、昇温された排ガスを利用して析出物の分解が行われる。

（４）コントローラ４０
コントローラ４０は、固有識別符号記憶部４１、温度取得部４２、送信部４３、及び強制再生実行部４４を有する。

固有識別符号記憶部４１は、現在、自車両に搭載されているＤＰＦ２０を示す「ＤＰＦ固有識別符号」と、自車両を示す「車両固有識別符号」とを記憶している。

「ＤＰＦ固有識別符号」は、例えば文字列（数字又は／及び文字）によって表される。ＤＰＦ固有識別符号は、各ＤＰＦ２０を識別するための標識である。従って、第１作業機械１に搭載されているＤＰＦ２０のＤＰＦ固有識別符号は、第２作業機械２に搭載されているＤＰＦ２０のＤＰＦ固有識別符号とは異なる。

「車両固有識別符号」は、例えば文字列によって表される。車両固有識別符号は、各作業機械１，２を識別するための標識である。従って、第１作業機械１の車両固有識別符号は、第２作業機械２の車両固有識別符号とは異なる。

温度取得部４２には、ＤＰＦ２０の温度センサ２４から出力される温度測定値が入力される。本実施形態において、温度取得部４２は、所定時間（例えば、１分）ごとに温度測定値を取得する。そして、温度取得部４２は、所定時間ごとに取得された温度測定値を所定期間（例えば、２４時間）ごとに集計することによって、「温度情報」を生成する。

図３は、「温度情報」に含まれる温度測定値のカウント数を示すヒストグラムである。ヒストグラムの横軸は、所定温度（図３では、５０℃）ごとに区切られた温度範囲を表し、ヒストグラムの縦軸は、各温度範囲に属する温度測定値のカウント数を表している。

温度取得部４２は、「温度情報」と「ＤＰＦ固有識別符号」と「車両固有識別符号」とを関連づけた「固有温度情報」を生成する。

送信部４３は、温度取得部４２によって生成された「固有温度情報」を、アンテナ５０からＧＰＳ衛星３又は通信衛星４を介してデータサーバ５に送信する。

強制再生実行部４４には、ＤＰＦ２０の第１及び第２圧力センサ２５１，２５２それぞれから出力される圧力測定値が入力される。強制再生実行部４４は、第１及び第２圧力センサ２５１，２５２それぞれからの圧力測定値の差分を算出する。強制再生実行部４４は、圧力測定値の差分が所定値以上になった場合、ＤＰＦ２０（具体的には、ＣＳＦ２３）において目詰まりが生じていると判断して、ＤＰＦ２０の強制再生を実行する。

具体的に、強制再生実行部４４は、目詰まりが生じていると判断した場合、エンジン１０から排出される排ガス中にドージング燃料を供給する。これにより、ドージング燃料がＤＯＣ２２において酸化発熱して得られる反応熱がＣＳＦ２３に送り込まれ、ＣＳＦ２３に堆積したＰＭが燃焼除去される。これによって、ＣＳＦ２３が強制再生される。

［データサーバ５］
データサーバ５は、第１及び第２作業機械１，２それぞれから送信される「固有温度情報」を受信する。「固有温度情報」は、第１及び第２作業機械１，２それぞれから、所定期間ごとに送信されてくる。

上述のとおり、「固有温度情報」では、所定期間ごとに集計された温度測定値を示す「温度情報」と、「ＤＰＦ固有識別符号」と、「車両固有識別符号」とが関連づけられている。

データサーバ５は、「ＤＰＦ固有識別符号」に関連づけられた「温度情報」を、「車両固有識別符号」ごとに集計することによって、各ＤＰＦ２０の熱被害度合いを示す「熱被害情報」を生成する。

具体的には、現在、第１作業機械１に搭載されているＤＰＦ２０は、以前、第２作業機械２に搭載されていたため、データサーバ５は、第１作業機械１に搭載されたＤＰＦ２０に関連づけられた「温度情報」から、第１作業機械１について集計した「第１熱被害情報」と、第２作業機械２について集計した「第２熱被害情報」とを生成する。

「第１熱被害情報」は、第１作業機械１に現在搭載されているＤＰＦ２０が、第１作業機械１に搭載されている間に受けた熱被害度合いを示す。「第１熱被害情報」は、第１作業機械１に現在搭載されているＤＰＦ２０が、第２作業機械１に以前搭載されている間に受けた熱被害度合いを示す。

図４は、第１作業機械１に現在搭載されているＤＰＦ２０の「第１熱被害情報」と「第２熱被害情報」とに含まれる温度測定値のカウント数を示すヒストグラムである。

図４において、第１作業機械１に現在搭載されているＤＰＦ２０の「ＤＰＦ固有識別符号」は「９９９９ｘ」であり、第１作業機械１の「車両固有識別符号」は「１１１ａ」であり、第２作業機械２の「車両固有識別符号」は「２２２ａ」である。

［端末コンピュータ７］
端末コンピュータ７は、第１及び第２作業機械１，２それぞれに搭載されているＤＰＦ２０を継続して使用できるか否かを判断するための端末である。端末コンピュータ７は、ネットワーク６を介してデータサーバ５に接続される。

図５に示すように、端末コンピュータ７は、熱被害情報取得部７１及び使用可否判定部７２を有する。本実施形態において、熱被害情報取得部７１は「取得手段」の一例であり、使用可否判定部７２は「判定手段」の一例である。

熱被害情報取得部７１は、使用可否を判定する対象であるＤＰＦ２０の熱被害度合いを示す「熱被害情報」を、当該ＤＰＦ２０の「ＤＰＦ固有識別符号」に基づいて取得する。熱被害情報取得部７１は、取得した「熱被害情報」を累積することによって「累積熱被害情報」を取得する（取得工程）。

例えば、第１作業機械１に現在搭載されているＤＰＦ２０を継続して使用できるか否かを判断したい場合、熱被害情報取得部７１は、当該ＤＰＦ２０の「ＤＰＦ固有識別符号」に関連づけられた「第１熱被害情報」と「第２熱被害情報」とをデータサーバ５から取得する。そして、熱被害情報取得部７１は、「第１熱被害情報」と「第２熱被害情報」とに含まれる温度測定値のカウント数を温度範囲ごとに累計することによって、「累積熱被害情報」を取得する。図６は、第１作業機械１に現在搭載されているＤＰＦ２０の「累積熱被害情報」に含まれる温度測定値のカウント数を示すヒストグラムである。

使用可否判定部７２は、熱被害情報取得部７１によって取得された「累積熱被害情報」に基づいて、ＤＰＦ２０の使用可否を判定する（判定工程）。例えば、使用可否判定部７２は、「累積熱被害情報」に含まれる温度測定値のカウント数を指標値化し、その指標値が閾値よりも大きければ使用不可と判定し、指標値が閾値以下であれば使用可と判定することができる。このように、「累積熱被害情報」を用いることによって、第１及び第２作業機械１，２それぞれに搭載された各ＤＰＦ２０に蓄積した熱被害度合いを定量的に把握することができるため、各ＤＰＦ２０の使用可否を精度良く判定することができる。

特に、本実施形態では、第１作業機械１に現在搭載されているＤＰＦ２０の「累積熱被害情報」には、第１作業機械１に搭載されている間に受けた熱被害度合いを示す「第１熱被害情報」だけでなく、第２作業機械１に搭載されている間に受けた熱被害度合いを示す「第２熱被害情報」も含まれている。従って、ＤＰＦ２０が別の作業機械に搭載されていた経歴があったとしても、現状のＤＰＦ２０における熱被害度合いを把握することができる。

また、使用可否判定部７２は、「累積熱被害情報」に含まれる温度測定値のうち所定温度以上の温度測定値のカウント数に基づいて、ＤＰＦ２０の使用可否を判定することが好ましい。所定温度は、各ＤＰＦ２０に用いられている触媒が凝集するおそれのある温度（例えば、触媒がＰｔであれば、約６５０℃）に設定することができる。このように、所定温度以上の温度測定値のカウント数を用いることによって、ＤＰＦ２０における触媒の凝集度合いを把握できるため、ＤＰＦ２０の使用可否を更に精度良く判定することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態において、ＤＰＦ２０は、ＤＯＣ２２及びＣＳＦ２３を含むこととしたが、これに限られるものではない。ＤＰＦ２０は、ＤＯＣ２２及びＣＳＦ２３の少なくとも一方を有していればよい。

上記実施形態において、判定システム１００は、第１作業機械１及び第２作業機械２を備えることとしたが、これに限られるものではない。判定システム１００は、３台以上の作業機械を備えていてもよい。

上記実施形態において、「累積熱被害情報」には、触媒が凝集するおそれのある所定温度未満の温度測定値も含まれることとしたが、これに限られるものではない。使用可否判定部７２が、「累積熱被害情報」に含まれる温度測定値のうち所定温度以上の温度測定値のカウント数のみに基づいてＤＰＦ２０の使用可否を判定する場合、「累積熱被害情報」には所定温度未満の温度測定値は含まれていなくてもよい。

上記実施形態において、「累積熱被害情報」には、温度センサ２４によって測定された温度測定値が含まれることとしたが、これに限られるものではない。「累積熱被害情報」は、ＤＰＦ２０における熱被害を示すものであればよく、例えば、温度測定値に代えて、ＤＰＦ２０における強制再生の回数を用いることができる。この場合、使用可否判定部７２は、強制再生の回数が閾値の回数よりも多ければ使用不可と判定し、強制再生の回数が閾値の回数以下であれば使用可と判定することができる。

上記実施形態において、温度センサ２４は、ＣＳＦ２３の出口側の排ガス温度を測定することとしたが、ＣＳＦ２３の入口側の排ガス温度を測定してもよいし、ＤＯＣ２２の入口側の排ガス温度を測定してもよい。

１ 第１作業機械
２ 第２作業機械
３ ＧＰＳ衛星
４ 通信衛星
５ データサーバ
６ ネットワーク
７ 端末コンピュータ
１０ エンジン
２０ ＤＰＦ
２１ ケース
２２ ＤＯＣ
２３ ＣＳＦ
２４ 温度センサ
２５ 差圧センサ
３０ ＳＣＲ
４０ コントローラ
５０ アンテナ
７１ 熱被害情報取得部
７２ 使用可否判定部
１００ 判定システム

Claims (4)

1. 作業機械に搭載され、ディーゼル酸化触媒及び触媒化スートフィルタの少なくとも一方を有する排ガス処理装置の判定方法であって、
   前記作業機械に備えられたコントローラにおいて、前記排ガス処理装置における排ガスの温度測定値を集計して温度情報を生成する工程と、
   前記コントローラにおいて、前記温度情報と前記排ガス処理装置の固有識別符号とを関連づけて固有温度情報を生成する工程と、
   前記コントローラからデータサーバに前記固有温度情報を送信する工程と、
   前記データサーバにおいて、前記固有温度情報に基づいて、前記作業機械に搭載されている全期間中に前記排ガス処理装置が受けた熱被害度合いを示す熱被害情報を生成する工程と、
   端末コンピュータにおいて、前記固有識別符号に基づいて、前記データサーバから前記熱被害情報を取得する工程と、
   前記端末コンピュータにおいて、前記熱被害情報を累積することによって累積熱被害情報を生成する工程と、
   前記端末コンピュータにおいて、前記累積熱被害情報に基づいて、前記排ガス処理装置の使用可否を判定する判定工程と、
   を備える排ガス処理装置の判定方法。
2. 前記作業機械は、第１作業機械と第２作業機械とを含み、
   前記データサーバにおいて前記熱被害情報を生成する工程では、前記排ガス処理装置が第１作業機械に搭載されている全期間中に受けた熱被害度合いを示す第１熱被害情報と、前記排ガス処理装置が第２作業機械に搭載されている全期間中に受けた熱被害度合いを示す第２熱被害情報とを生成し、
   端末コンピュータにおいて前記熱被害情報を取得する工程では、前記固有識別符号に基づいて前記第１熱被害情報と前記第２熱被害情報を前記データサーバから取得し、
   前記端末コンピュータにおいて前記累積熱被害情報を生成する工程では、前記第１熱被害情報と前記第２熱被害情報を累積することによって前記累積熱被害情報を生成する、
   請求項１に記載の排ガス処理装置の判定方法。
3. 作業機械に搭載され、ディーゼル酸化触媒または触媒化スートフィルタを有する排ガス処理装置の判定システムであって、
   前記排ガス処理装置における排ガスの温度測定値を集計して温度情報を生成し、前記温度情報と前記排ガス処理装置の固有識別符号とを関連づけて固有温度情報を生成するコントローラと、
   前記コントローラから受信した前記固有温度情報に基づいて、前記作業機械に搭載されている全期間中に前記排ガス処理装置が受けた熱被害度合いを示す熱被害情報を生成するデータサーバと、
   前記固有識別符号に基づいて、前記データサーバから前記熱被害情報を取得し、前記熱被害情報を累積することによって累積熱被害情報を生成した後、前記累積熱被害情報に基づいて、前記排ガス処理装置の使用可否を判定する端末コンピュータと、
   を備える排ガス処理装置の判定システム。
4. 前記作業機械は、第１作業機械と第２作業機械とを含み、
   前記データサーバは、前記排ガス処理装置が前記第１作業機械に搭載されている全期間中に受けた熱被害度合いを示す第１熱被害情報と、前記排ガス処理装置が前記第２作業機械に搭載されている全期間中に受けた熱被害度合いを示す第２熱被害情報とを生成し、
   前記端末コンピュータは、前記固有識別符号に基づいて、前記第１熱被害情報と前記第２熱被害情報とを前記データサーバから取得し、前記第１熱被害情報と前記第２熱被害情報とを累積することによって前記累積熱被害情報を生成する、
   請求項３に記載の排ガス処理装置の判定システム。

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