JP4732929B2 - 流体中の２種の汚染物の定量検出方法 - Google Patents

Description

本発明は流体中の２種の汚染物の定量検出方法に関する。

本発明は経時劣化したモータオイル中の煤煙成分および燃料成分を求める分野に特に適している。ただし本発明は一般的な流体中の２種の汚染物の物理量の定量検出方法に関しており、この分野のみに限定されない。

内燃機関では可動部の潤滑化のためにモータオイルが使用され、相互に運動する金属面の摩耗が低減される。モータオイルには複数の経時劣化要因が存在し、そのため所定の時間が経過したらオイルを交換しなければならない。そこで、内燃機関のオイルの状態を駆動中に検出できるセンサ装置および検出方法が強く所望される。

モータオイルの状態は多様な経時劣化プロセスの影響を受ける。モータオイルの特性および組成に対する幾つかの経時劣化プロセスの作用は良く知られている。さらに機関または機関に接続された装置において所定の過程をたどるこれらの経時劣化プロセスを識別することもできる。したがってオイルの状態が既知となれば、機関または機関に接続された装置に生じうるエラーや故障を逆推することができる。これはいわゆるオイル分析として利用されているが、技術的に煩雑でコストの高い物理化学的方法によらないと使用中のオイルの組成が求められず、組成が求められなければ機関の状態も推論できない。こうしたオイル分析を車両ごとにローカルに低いコストで行えないことは欠点である。

本発明の課題は、内燃機関のオイルの状態を駆動中に検出できるセンサ装置および検出方法を提供することである。

この課題は、第１の物理量すなわち流体の電気量および第２の物理量すなわち流体の粘性を検出し、検出された前記第１の物理量と第１の設定値との差に基づいて第１の汚染物の量を求め、この第１の汚染物の量に基づいて第２の物理量の推定値を求め、検出された前記第２の物理量と求められた前記第２の物理量の推定値との差に基づいて第２の汚染物の量を求め、ここで前記電気量は流体の誘電率または比抵抗であり、前記第１の汚染物は燃料を含み、前記第２の汚染物は煤煙または酸化したオイルを含むことにより解決される。

本発明の方法の利点は、流体の２種の物理量が車両の走行中に僅かな測定技術コストで測定可能となることである。これにより走行中にもモータオイルの状態を監視することができる。

従属請求項には請求項１に示された本発明の方法の有利な実施形態および実施態様が記載されている。

有利な実施形態によれば、電気量とは流体の誘電率または比抵抗である。

有利な実施形態によれば、第１の汚染物は燃料であり、第２の汚染物は煤煙または流体の酸化物成分である。

有利な実施形態によれば、流体とはオイルである。

有利な実施形態によれば、第１の物理量と第２の物理量との差の第１の線形依存性および第２の線形依存性により、第１の汚染物の量および第２の汚染物の量が求められる。

有利な実施形態によれば、第１の汚染物の量の第３の線形依存性により第２の物理量の推定値が求められる。

有利な実施形態によれば、設定値として第１の汚染物および第２の汚染物を含まない流体に対する第１の物理量が求められる。

有利な実施形態によれば、設定値とオイルの種々の温度に対する第１の線形依存性、第２の線形依存性および第３の線形依存性の線形係数とが調整され（vorgehalten）、汚染されたオイルの温度が求められる。

本発明の実施例および有利な実施形態を図示し、以下に詳細に説明する。

図中、相応する参照番号および参照記号は同様の事象を表している。

モータオイルおよび他のオイルは相互に運動する部品を潤滑化するために種々に使用されている。特にこうしたオイルは内燃機関およびトランスミッションにおいて広汎に適用されている。ただし温度影響および化学的影響によりオイルの物理的化学的特性は変化する。オイルの経時劣化はほとんどの場合粘性を高める。粘性が第１の限界値を上回ると、摩耗がひどくなり、最悪の場合ピストンが侵食されてしまう。また粘性が第２の限界値を下回ると、可動部間の潤滑膜、例えばピストンとシリンダとのあいだの潤滑膜が剥離してしまう。したがってオイルは規則的に交換されなければならない。従来は機関が所定の時間（所定の走行距離）駆動されるとオイルは交換されていた。モータオイルの品質または状態を検出するセンサがあれば、必要であれば早期にオイル交換が指示されるし、またはオイルが正常状態にあると確認することができる。

オイル状態への影響には種々のプロセスがある。温度作用として、特にオットー機関ではモータオイルの酸化が挙げられる。酸化によりオイル内にアルデヒド、ケトンおよび炭酸が発生する。これらの物質から、ポリマー化反応およびポリ濃縮反応により、高分子のレジスト状、樹脂状または泥状の、大部分がオイルに不溶の堆積物が生じる。オイルに可溶の劣化生成物はオイルの粘性を上昇させる。ディーゼル機関では酸化物のほか、主として煤煙が粘性を上昇させる。煤煙はディーゼルの燃焼の際に生じる望ましくない生成物であり、そのうち僅かな量がモータオイルの循環系に達する。排気ガス再循環装置が設けられており、特に煤煙粒子フィルタが使用されている場合、より多くの煤煙がオイルに混入するので、これを洗浄しなければならない。

内燃機関、特にディーゼル機関では、燃焼しなかった燃料の僅かな成分もモータオイルに混入する。オイルと燃料とは良好に混じり合い、しかも燃料の粘性はオイルの粘性に比べてきわめて小さいので、オイル内の燃料成分が小さくてもオイルの粘性は低下する。

ここで、煤煙または酸化物または燃料が粘性に与える影響は少なくとも部分的には相互に打ち消しあうので、粘性をいちど求めただけではオイルの状態に関する定性的かつ不確実な記述しか得られない。

図１には、オイル中の酸化物１、煤煙２，水３および燃料４の粘性νへの影響が表されている。前述のように粘性が汚染物に依存していることに加え、誘電率εも汚染物に依存しているが、こちらはまた別の依存関係を有する。水３がモータオイルに加わるとエマルジョンが生じて誘電率εは著しく上昇するが、粘性νは変化しない。これに対して燃料４が加わると主として粘性νが変化し、誘電率εは変化しない。煤煙成分２やオイルに加わったり、オイルが酸化して酸化物１が生じたりすると、粘性νも誘電率εも上昇する。ただしこのとき、誘電率εに関して酸化物１は煤煙成分２より影響が小さい。

本発明の実施例では、誘電率εおよび粘性νにより、使用オイル中の煤煙２および燃料４の成分量が定量的に求められる。本発明の方法は主として３つのステップから成るが、これを図２〜図４に関連して以下に説明する。図２には使用オイルの誘電率１１ｅおよび純粋なオイルの誘電率１０ｅが温度Ｔに関して示されている。第１のステップでは、温度Ｔ_０および汚染されたオイルの誘電率１１ｅが求められる。あらかじめ作成されている値のテーブルから所定の温度Ｔ_０での純粋なオイルの誘電率εが読み出される。汚染されたオイルの誘電率１１ｅと純粋なオイルの誘電率１０ｅとのあいだの差Δεからオイル中の煤煙２および酸化物１の量が推定される。オイル全体に対する汚染物の成分がパーセント領域にあるので、誘電率の変化分Δεはオイル全体のうち旧いオイルの煤煙２の物質成分および酸化物１の成分に比例すると見なすことができる。図１のグラフにより、煤煙２および酸化物１の所定の成分から、図３に示されているような粘性の推定変化分ｒが求められる。粘性の推定変化分ｒは煤煙２および酸化物１の成分に比例すると見なされる。図３には純粋なオイルの粘性１０ｎと煤煙２によって汚染されたオイルの粘性１２ｎとが煤煙濃度に関して示されている。第２のステップでは、汚染されたオイルの粘性１１ｎが求められる。このとき一般に、オイルの粘性推定値１２ｎと検出された粘性１１ｎとの差Δνが形成される。この差Δνから汚染されたオイル中の燃料４の成分が推定される。差Δνは汚染されたオイル中の燃料４の成分に比例するという仮定に基づき、所定の比例係数を用いて、この成分を求めることができる。

汚染物の検出および粘性の推定に必要な比例定数はあらかじめ研究室での実験により求められ、計算のためにメモリ装置に保持される。

煤煙粒子フィルタを備えたディーゼル機関では、オイル内の煤煙含有量が大幅に増大した場合、当該のフィルタに対する指示を得ることができる。つまり煤煙粒子フィルタを例えば自由燃焼または後噴射により洗浄すべきである旨の示唆としてオイルの状態を用いる。さらにオイル内の燃料成分が大幅に増大した場合には、これも同様に煤煙粒子フィルタが機能障害を起こしている旨の示唆となる。

本発明を特に有利な実施例に則して説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されない。

特に物理量の検出順序は固定に定めない。ここでは最初に粘性を検出し、ついで求められた粘性に基づいて誘電率を推定し、さらに推定された誘電率と検出された誘電率との差に基づいて燃料成分および煤煙量を求めてもよい。

モータオイルの物理量に対する汚染物の影響を表したグラフである。 本発明の実施例の第１のステップを表すグラフである。 本発明の実施例の第２のステップを表すグラフである。 本発明の実施例の第３のステップを表すグラフである。

符号の説明

１ 酸化物、 ２ 煤煙、 ３ 水、 ４ 燃料、 ε 誘電率、 １０ｅ 純粋なオイルの誘電率、 １１ｅ 汚染されたオイルの誘電率、 ν 粘性、 １０ｎ 純粋なオイルの粘性、 １１ｎ 汚染されたオイルの粘性、 １２ 粘性推定値、 ｔ 時間軸

Claims (10)

1. 第１の物理量すなわちオイルの誘電率（ε）および第２の物理量すなわちオイルの粘性（ν）を検出するステップと、
   検出された前記誘電率と第１の設定値（１０ｅ）との差に基づいて第１の汚染物すなわちオイル中の煤煙および酸化物の量（１，２）を求めるステップと、
   該煤煙および酸化物の量に基づいて粘性の推定値（１２ｎ）を求めるステップと、
   検出された前記粘性（ν）と求められた前記粘性の推定値（１２ｎ）との差に基づいて第２の汚染物すなわちオイル中の燃料の量（２）を求めるステップと
   を有している
   ことを特徴とする流体中の２種の汚染物の定量検出方法。
2. 前記検出された誘電率と前記第１の設定値との差の線形依存性により前記煤煙および酸化物の量を求める、請求項１記載の方法。
3. 前記煤煙および酸化物の量に対する線形依存性により前記粘性の推定値を求める、請求項１記載の方法。
4. 前記第１の設定値（１０ｅ）として純粋なオイルの誘電率を求める、請求項１記載の方法。
5. 値のテーブルから所定の温度（Ｔ _０ ）での純粋なオイルの誘電率を読み出す、請求項４記載の方法。
6. 第１の物理量すなわちオイルの誘電率（ε）および第２の物理量すなわちオイルの粘性（ν）を検出する検出手段と、
   検出された前記誘電率と第１の設定値（１０ｅ）との差に基づいて第１の汚染物すなわちオイル中の煤煙および酸化物の量（１，２）を求める第１の汚染物量算出手段と、
   該煤煙および酸化物の量に基づいて粘性の推定値（１２ｎ）を求める推定手段と、
   検出された前記粘性（ν）と求められた前記粘性の推定値（１２ｎ）との差に基づいて第２の汚染物すなわちオイル中の燃料の量（２）を求める第２の汚染物量算出手段と
   を有する
   ことを特徴とする流体中の２種の汚染物の定量検出装置。
7. 前記検出された誘電率と前記第１の設定値との差の線形依存性により前記煤煙および酸化物の量が求められる、請求項６記載の装置。
8. 前記煤煙および酸化物の量に対する線形依存性により前記粘性の推定値が求められる、請求項６記載の装置。
9. 前記第１の設定値（１０ｅ）として純粋なオイルの誘電率が求められる、請求項６記載の装置。
10. 値のテーブルから所定の温度（Ｔ _０ ）での純粋なオイルの誘電率が読み出される、請求項９記載の装置。

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