JPH10281983A

JPH10281983A - 液体中の微粒子測定装置

Info

Publication number: JPH10281983A
Application number: JP9093697A
Authority: JP
Inventors: Yuujirou Mizuno; 祐二朗水野; Michiyasu Moritsugu; 通泰森次; Rie Oosaki; 理江大▲崎▼
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1997-04-09
Filing date: 1997-04-09
Publication date: 1998-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は液体中の微粒子測定装置に関し、
被検出部での検査対象流体の温度制御をすることにより
計測精度を高めることを目的とする。【解決手段】内燃機関から潤滑油を取り出すパイプ10
中に計測部16を設け、計測部16は潤滑油との界面に単一
波長の検査光を導き、反射光の光量より微粒子量の検出
を行う。潤滑油を取り出すためのパイプ10を加熱用の緩
衝液体中に導き、ヒータ32によってパイプ10の潤滑油の
加熱を行う。加熱部の下流のパイプ10に温度センサ19を
設けると共に、緩衝液体の温度センサ30を設け、温度セ
ンサ19, 30からの信号によってヒータ32の加熱及び緩衝
液体の温度制御を行う。また、流量計34により潤滑油の
流量制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は液体中の微粒子測
定装置に関するものであり、内燃機関の潤滑油中のカー
ボン量の測定等に利用することができるものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の潤滑油に混入するカーボン量
を計測するために従来は遠心分離機を利用するのが主で
あった。しかしながら、遠心分離機の測定精度は0.1 〜
0.3 wt% の程度であり、混入量が最低でも0.5 wt% 程度
に達しないと分離して検出できないという問題があっ
た。この程度の混入量を得るには内燃機関を特定運転条
件において数十時間から数百時間継続的に運転させる必
要がある。

【０００３】一方、排出ガス規制などによりディーゼル
機関の性能向上のため燃焼装置の構造や吸・排気弁の作
動のタイミングの変更が行われているが、このような変
更は潤滑油へのカーボン混入量の上昇を招く場合もある
ため、カーボン混入量の増大は潤滑油の交換頻度が増す
ことから避けなければならない。従って、エンジン開発
の現場においてはカーボン混入量を迅速に測定できるよ
うにする要求があるが、遠心分離機を利用した方法では
この要求を満足できないことはいうまでもない。

【０００４】そこで、特開昭7-20049 号公報では光学的
にカーボン混入量を測定するものを開示している。即
ち、この方法ではプリズムの全反射面との境界に検査対
象とする潤滑油を導入し、検査光をプリズム内で全反射
させる際に生ずるエバネッセント波の強度が潤滑油内の
微粒子により影響されることを利用することにより、微
粒子量の測定を行っている。即ち、潤滑油中のカーボン
量を光学的に検出するものであり、より微量なカーボン
混入の測定が可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】潤滑油中のカーボンに
よるエバネッセント波の強度は潤滑油の屈折率が温度の
強い依存性を示す。即ち同一径のカーボン粒子であって
もエバネッセント波の強度は一定でない。ところが、従
来技術では検出部位においての潤滑油の温度はなりゆき
であったため、計測精度の低下をきたしていた。

【０００６】この発明は従来技術の問題点を解消し、被
検出部での検査対象流体の温度制御をすることにより計
測精度を高めることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を解
決するため請求項１に記載の技術手段を採用する。この
技術手段によれば、被測定液体中に含まれる微粒子を被
測定液体中での微粒子の分布状態より光学的に測定する
とともに、温度に応じた被測定流体の光学的性質の変化
を補償するように被測定流体の温度を制御している。そ
のため、温度の影響を排除した微粒子の計測が可能とな
る。

【０００８】請求項２の技術手段によれば、被測定流体
としての内燃機関の潤滑油中のカーボン混入量を正確に
検出することができる。請求項３の技術手段によれば、
被測定液体の流量を制御する流量制御手段を設けること
により被測定液体の流量による計測精度への影響を排除
し、より一層の計測精度の向上を実現することができ
る。

【０００９】請求項４の技術手段によれば、被測定液体
中の微粒子の外径の最大値と最小値との間の波長の光を
発生する光源からの検査光を被測定液体との界面に案内
し、その界面において反射された反射光の受光量より微
粒子の大きさに応じた信号を得ている。そのため、微粒
子の大きさを精度よく検出することをができる効果があ
る。

【００１０】請求項５に記載の技術手段では、受光量と
微粒子量とのマップを利用して、微粒子量の検出値を演
算しており、微粒子量の正確な検出が可能となる効果が
奏される。請求項６の技術手段によれば、前記受光手段
はＣＣＤにより構成されており、微粒子の検出精度の一
層の向上を実現することができる。

【００１１】請求項７の技術手段ではＣＣＤにおける微
粒子の検出パターンに対するクリーニング部材の検出パ
ターンの差によりクリーニング部材の検出を除外し、誤
差を排除することが可能となる。請求項８の技術手段に
よれば、ＣＣＤは一列配置とし、スキャンを行うことに
より最小のセル数に係わらず、必要な精度を得ることが
できる効果が奏される。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は微粒子測定装置の第１実施
例を示すものであり、被検査液体である内燃機関の潤滑
油が循環する潤滑油循環パイプ１０と、潤滑油パイプ１
０を流通する潤滑油を加熱する二重管型加熱部１２と、
潤滑油の流量を制御する流量制御弁１４と、潤滑油の流
路との境界面におけるプリズム面において検査光を全反
射させる際に生ずるエバネッセント波の強度が潤滑油内
の微粒子により影響されることを利用することにより、
潤滑油中のカーボン量等の不溶解物を計測する計測部１
６と、被検査液体の温度を所定値に制御するべく加熱部
１２への制御信号を形成する温度制御ユニット１８と、
被検査液体の温度検出のため加熱部１２の下流における
パイプ１０に設けられた温度センサ１９と、計測部１６
からの信号により潤滑油中のカーボン量の演算を行うと
共に、流量制御弁１４を潤滑油パイプ１０内の潤滑油量
が所定値となるように制御するカーボン量検出・流量制
御ユニット２０とから構成される。

【００１３】潤滑油循環パイプ１０は銅又はステンレス
等の熱伝導率の高い金属材料にて形成され、その上流端
10A において内燃機関の潤滑油系の供給側の適当な個所
（たとえばオイルポンプの直ぐ下流の位置）に接続さ
れ、その下流端10B は潤滑油系の戻り側の適当な個所
（たとえばオイルパン）に接続される。これにより潤滑
油を内燃機関から取り出し、矢印Ｆ₁のようにパイプ１
０に導入し、カーボン量を計測後潤滑油は矢印Ｆ₂のよ
うに内燃機関に戻される。パイプ１０はその途中におい
て湾曲した熱交換部10-1を形成している。２１はオイル
フィルタを示している。

【００１４】加熱部１２は、パイプ１０の熱交換部10-1
が位置される熱交換タンク２２と、熱交換タンク２２の
底部へ緩衝液体を導入（矢印Ｇ₁方向）するための供給
管２４と、供給管２４に設けられる電磁制御弁２６と、
熱交換タンク２２の上部に設けられ、緩衝液体を排出
（矢印Ｇ₂方向）するための排出管２８と、熱交換タン
ク２２に充填される緩衝液体の温度を検出する熱電対等
の温度センサ３０と、熱交換タンク２２の底部に設けら
れ緩衝液体（水やアルコール等の不凍液）の加熱を行う
ためのヒータ３２とを備える。ヒータ３２は表面を防水
処理されたセラミックヒータや超音波加熱ヒータ等とし
て構成することができる。センサ３０により検出された
緩衝液の温度に応じて制御ユニット１８よりヒータ３２
の熱量が制御され、緩衝液の温度を一定に維持するよう
にしている。タンク２２の外壁は温度変動の防止のため
断熱部材を巻回することができる。

【００１５】流量制御弁１４は熱交換タンク２２の下流
側における潤滑油供給パイプ１０内に設置され、パイプ
１０を流通する被検査流体である潤滑油の流量が制御さ
れる。また、計測部１６の下流側に流量計３４が設置さ
れる。温度制御ユニット１８は被検査液体の温度の制御
ためのものであり、第１及び第２の電子温度調整器18-1
及び18-2並びに第１及び第２のサイクル制御器(SSR)18-
3 及び18-4から構成される。これらの電子温度調整器お
よびサイクル制御器としてはオムロン社のものを採用す
ることができる。第１の電子温度調整器18-1はその入力
側が被検査液体の温度センサ１９に接続され、出力側は
第１のサイクル制御器18-3の入力側に接続される。第１
のサイクル制御器18-3の出力側は緩衝液体の流量制御用
電磁弁２６に接続される。一方、第２の調整器18-2はそ
の入力側が緩衝液体温度センサ３０に接続され、その出
力側は第２のサイクル調整器18-4に接続される。第２の
サイクル調整器18-4の出力側は緩衝液体ヒータ３２に接
続される。

【００１６】温度制御ユニット１８の動作を、先ず、被
計測液体の温度に応じた制御について説明すると、被測
定液体であるパイプ１０内を流れるエンジン潤滑油の温
度はセンサ１９によって計測され、第１電子温度調整器
18-1に設定された目標温度と比較がされ、計測温度が目
標温度より高くかつ制御前の温度勾配が正の場合、その
温度勾配に応じて電子温度調整器18-1から第１サイクル
制御器18-3への電力供給間隔が変化され、電磁弁２６の
開時間が長くなり、熱交換タンク２２に導入される低温
の緩衝液体の流量は多くなり、熱交換タンク２２内の緩
衝液体の温度は降下する。一方、温度センサ１９により
検出される被検査液体の温度が第１電子温度調整器18-1
に設定される被検査液体の目標温度より高いが制御前の
温度勾配が負であるときは、その負の温度勾配が大きい
ほど第１電子温度調整器18-1から第１サイクル制御器18
-3への電力供給指示量が減少される。

【００１７】温度センサ１９により検出される被検査液
体の温度が第１電子温度調整器18-1により設定される目
標温度より低くかつ制御前の温度勾配が負の場合は第１
サイクル制御器18-3へは電力供給が指示されず、従って
電磁弁２６は閉鎖状態に維持され、熱交換タンク２２に
対する低温の緩衝液体の供給は行われない。これに対
し、温度センサ１９により検出される被検査液体の温度
が第１電子温度調整器18-1により設定される目標温度よ
り低いが、制御前の温度勾配が正のときは、正の勾配が
大きいほど電子温度調整器18-1からサイクル制御器18-3
への電力供給指示は多く、熱交換タンク２２に単位時間
当たりに供給される緩衝液体の量は増加されるようにさ
れる。

【００１８】次に、緩衝液体の温度制御について説明す
ると、温度センサ３０によって計測される緩衝液体の温
度が第２電子温度調整器18-2による設定温度より低い場
合、制御前の温度勾配が負であり、負の温度勾配が大き
いほど第２サイクル制御器18-4からヒータ３２への供給
電力が増え、その発熱量が多くなるように（緩衝液体の
温度が高まるように）制御される。温度センサ３０によ
る緩衝液体の温度の計測値が設定温度より低いが制御前
の温度勾配が正に切り替わっているときは正の勾配が大
きいほどヒータ３２への供給電力が減少するように第２
サイクル制御器18-4の制御が行われる。

【００１９】また、温度センサ３０による緩衝液体温度
の計測値が第２電子温度調整器18-2による設定温度が高
い場合は、制御前の温度勾配が正のときは第２サイクル
制御器18-4からヒータ３２への電力供給の指示はされな
い。また、緩衝液体温度の計測値が設定値より高いが制
御前の温度勾配が負に切り替わっているときは、その負
の勾配が大きいほど第２サイクル制御器18-4からヒータ
３２への単位時間当たりの供給電力量は大きくされる。

【００２０】以上のような温度制御ユニット１８による
制御によりパイプ１０を流通する被検査液体の温度は目
標値付近に制御される。被検査液体の温度制御によって
後述の計測部１６における被検査液体中の不溶解物の計
測の際の精度を高めることができる。カーボン量検出・
流量制御ユニット２０はマイクロコンピュータ20-1と、
ディスプレイ20-2と、A-D 変換器20-3とを備えている。
A-D 変換器20-3は微粒子量の計測部１６及び流量計３４
に接続され、これらのセンサ16, 34からのアナログ信号
をディジタル信号に変換してマイクロコンピュータ20-1
に送り込むものである。

【００２１】計測部１６はプリズムの全反射面との境界
に検査対象とする潤滑油を導入し、検査光をプリズム内
で全反射させる際に生ずるエバネッセント波の強度が潤
滑油内の微粒子により影響されることを利用することに
より、微粒子量の測定を行うことを原理とするものであ
る。即ち、図２において計測部１６はボトムブロック３
６と、ボトムブロック上のアッパーブロック３８と、ア
ッパーブロック３８上のプリズム４０とを備え、これら
の間に計測室４２が形成される。ボトムブロック３６と
アッパーブロック３８との間にはＯリング39-1が配置さ
れ、一方アッパーブロック３８とプリズム４０との間に
はＯリング39-2が配置され、これにより計測室４２の密
封構造が得られる。ボトムブロックブロック３６は被計
測流体である潤滑油の入口４３と、出口４４とを備え、
入口４３は図１において流量制御弁１４の下流の潤滑油
循環パイプ１０に接続され、出口４４は流量計３４の上
流において潤滑油循環パイプ１０に接続される。従っ
て、循環パイプ１０からの潤滑油は入口４３よりボトム
ブロック３６内の潤滑油導入通路４８を介して計測室４
２内に導入され、検査後の潤滑油はボトムブロック３６
内の潤滑油排出通路５０を介して循環パイプ１０に戻さ
れる。通路４８及び通路５０は適当に絞られており、計
測室４２内への高速の潤滑油の導入および排出が行われ
る。また、計測室４２内には計測中におけるプリズム４
０の面の清掃を行うポリテトラフルオロエチニンなどの
プリズム表面をきずつけない球状のもので構成されるク
リーニング部材５２が収容されている。計測室４２には
絞り通路４８により絞られることで被検査液体は高速で
流入しており、計測室４２内で被検査液体の旋回流が得
られる。この流れによりクリーニング部材５２は計測室
内で恒常的に場所を変え、検出面６８の清浄効果を得る
ことができる。しかしながら、このようなクリーニング
部材５２の移動にもかかわらずクリーニング部材５２が
計測室４２より下流側に流出してしまうことを防止する
ための対策が必要である。そのため、この実施例では排
出側の絞り通路５０の内径はクリーニング部材５２の外
径より幾分小さくされている。クリーニング部材５２の
排出を防止するための代替手段として、クリーニング部
材の径より小さなメッシュの網を通路内に設置すること
ができる。

【００２２】次に、計測部１６における光学系の構成を
説明すると、この光学系は基本的には光源５４と、分光
器５６と、第１の受光素子５８と、第２の受光素子６０
とから構成される。62, 64, 66は、それぞれ、光源５
４、第１の受光素子５８、第２の受光素子６０の固定取
り付けのためのジグである。光源５４としては被検査液
体である内燃機関潤滑油、例えばディーゼル機関用潤滑
油、に混入する被検査対象であるカーボン粒子径(0.1〜
10μm)を含む波長範囲の光を発生することができるもの
であり、例えば浜松フォトニクス社製LED である。光源
として単一な波長成分の光を発生するものであれは何で
もよい。第１及び第２の受光素子58, 60としては例えば
ピンフォトダイオードとすることができる。また、光源
５４の温度による光度の変化を補償するため光源５４の
温度を検出する測温体としてのサーミスタ６１が光源５
４の付近に設置される。

【００２３】光源５４からの光は一部は分光器５６に導
入され、一部は反射され、モニター光L₁として第１の受
光素子５８に導かれる。分光器６０を直進した光（入射
光L₂) はプリズム４０に直角に入射され、計測室４２の
上面を形成するプリズム４０の底面（検出面６８）にて
全反射され、反射光L₃として第２の受光素子６０に導か
れる。

【００２４】図３は検出面６８での入射光L₂と反射光L₃
との状態を模式的に示している。入射光L₂を受けるプリ
ズム４０の底面である検出面６８の下方にある計測室４
２内には被検査液体であるエンジン潤滑油が導入されて
いる。基本的にはプリズム４０への入射光L₂はプリズム
４０の底面である検出面６８で全反射される。しかしな
がら、入射光L₂は検出面６８から１〜３波長にある測定
対象液体にもエバネッセント波として伝えられ、測定対
象液体へ混入した不溶解物７０が存在した場合不溶解物
により吸収、反射又は乱反射され、不溶解物７０が存在
しなかった場合はそのまま反射される。即ち、測定対象
液体に混入される不溶解物７０の存在確率が増えればそ
れだけ、第２の受光素子６０によって反射光L₃として受
光される光電流量は減少される。例えば、エンジンオイ
ルに混入してくるカーボンについて述べるなら、エンジ
ンオイルへ混入するカーボン量が増えると入射光L₂のエ
ネルギーの吸収・反射が多くなり、反射光L₃の強度は減
少する。従って、第２の受光素子６０により受光される
光強度PD(L₃)の、第１の受光素子５８により受光される
モニタ光強度PD(L₁)に対する比は測定対象中に混入され
る不溶解物７０の混入割合に対応し、混入割合が増加す
ることにより光強度比PD(L₃)/PD(L₁) は減少する。

【００２５】図４は計測部１６に具備され、ピンフォト
ダイオードに生じた電流より光強度PD(L₃), PD(L₁)に応
じた電圧V(L₃), V(L₁)を得るための回路をブロックダイ
アグラムによって示している。即ち、この回路は光源５
４への定電圧回路７２と、電圧監視回路７４と、受光素
子58, 60を駆動するレシーバ回路76, 78と、電圧増幅器
80, 82と、光源(LED) ５４に近接して設置したサーミス
タや熱電対等の測温体６１（図２）による温度監視回路
８４とを具備している。

【００２６】図４の回路において、定電圧回路７２は各
部に対する電圧供給源となる。レシーバ回路76, 78は受
光素子であるピンフォトダイオード58, 60に電力を供給
するとともにそれぞれの受光素子のモニタ光L₁、反射光
L₃の受光量によって変化する電流I(L₁), I(L₃)を受信す
る機能を達成するものである。変換増幅器80, 82はオペ
アンプなどにより構成され、レシーバ76, 78により受信
された電流I(L₁), I(L ₃)を電力増幅し、出力電圧V(L₁),
V(L₃)に変換する機能を達成する。出力電圧V(L₁), V(L
₃)は図１の制御ユニット２０に送られ、A-D 変換器20-3
においてディジタル信号に変換され、マイクロコンピュ
ータ20-1において電圧比V(L₃)/V(L₁) が演算され、同比
は光強度比PD(L₃)/PD(L₁) 、換言すれば被検査液体であ
るエンジン潤滑油中のカーボン量に対応している。

【００２７】温度監視回路８４は微粒子量の計測のため
の計測部１６に設置される光源(LED) ５４に近接して設
置された受けたサーミスタ６１などの測温体の温度を監
視するため設置されたものである。温度監視回路８４か
らはサーミスタ６１の温度に応じた電圧が取り出され、
この電圧信号は制御ユニット２０に導入され、A-D 変換
器20-3でディジタル信号に変換され、マイクロコンピュ
ータ20-1において光源５４への供給電流を制御し、温度
補償を行うために使用される。

【００２８】次に、制御ユニット２０の動作を説明す
る。この実施例では制御ユニット２０のマイクロコンピ
ュータ20-1はプログラムに従って温度補償、被検査液体
の流量制御及びエンジン潤滑油中のカーボン量の計測を
行う。図５は制御ユニット２０における制御のフローチ
ャートを示したものである。ステップ200 はプログラム
の開始を示しており、ステップ202 は計測部１６の光源
５４の温度補償、ステップ204 は被検査液体の流量制御
を示している。先ず、ステップ202 の温度補償について
説明すると、光源５４として使用される発光ダイオード
(LED) はその温度が測定対象液体の発熱量や発光による
自らの発熱によって発光光度が変化し、これは光強度比
PD(L₃)/PD(L₁) による光学的な微粒子量の計測精度に大
きな影響を及ぼし、正確な微粒子量の計測のためには温
度補償の必要がある。温度補償の方式としては、図５の
フローチャートにその概略が示される。即ち、ステップ
202-1 では温度監視回路８４によって把握された測温体
６１による光源５４の温度が読み取られ、ステップ202-
2 ではその温度が設定範囲にあるか否か判定され、設定
範囲にあるとの判断のときはステップ202-3 において光
源５４の電流が維持される。一方、設定範囲より大小外
れている場合はステップ202-4, 202-5に進みそれぞれ電
流が減少、増大され、このようなフィードバック制御に
より光源５４の温度を設定範囲に維持することができ
る。

【００２９】再び図５においてステップ204 はパイプ１
０を流れる被検査流体の流量を一定に制御するためのも
のであり、図７にその詳細がフローチャートによって示
される。ステップ204-1 は流量計測を示しており、流量
計３４の計測値はA/D 変換器20-3でディジタル信号に変
換された後にマイクロコンピュータ20-1により読み取ら
れる。ステップ204-2 は所定時間の経過するまでの時間
待ちを示している。即ち、流量計測は一定時間間隔をも
って実施される。ステップ204-3 では流量計測データの
平均値（ディジタル値）が演算される。ステップ204-5
では流量が設定範囲にある否かが判定される。流量が設
定範囲内との判断のときはステップ204-6 に進み、流量
制御弁１４の流量を維持することができる。即ち、流量
制御弁１４を現行開度のままに保持ことができる。ステ
ップ204-5 で流量が設定範囲より大きいほうに外れてい
るとの判断のときはステップ204-7 に進み、流量制御弁
１４の流量を減少すべき指令が出され、流量制御弁１４
の開度は減少される。一方、ステップ204-5 で流量が設
定範囲より小さいほうに外れているとの判断のときはス
テップ204-8 に進み、流量制御弁１４の流量を増加すべ
き指令が出され、流量制御弁１４の開度は増加される。
このように、流量に応じた流量制御弁１４の制御指令を
得ることにより、流量制御弁１４を操作し、パイプ１０
を流れる被検査液体の流量は設定範囲とすることができ
る。被検査液体の流量はその温度ほどではないが微粒子
量の計測値に影響するので、この実施例のような制御に
より計測値に対する流量の影響を排除し精度向上に寄与
させることができる。

【００３０】図５に戻って、ステップ206 はステップ20
2 での温度補償及びステップ206 での被検査液体の流量
制御（ステップ204)により温度、流量が設定範囲に制御
されているか否かの判断を示す。否定判断の場合はステ
ップ202, 204の制御に戻り、肯定判断の場合はステップ
208 に進み、図4 に関連して説明した電圧比V(L₃)/V
(L₁)(光強度比PD(L₃)/PD(L₁))による微粒子量の計測値
のサンプリングが行われる。ステップ210 では所定の回
数のサンプリングが行われたか否かの判断を示してい
る。所定回数のサンプリングがまだ行われていないとの
判断のときは繰り返しを行い、所定回数のサンプリング
が行われたとの判断のときはステップ212 に進み、平均
値を計算し、ステップ214 では検査対象液体（エンジン
潤滑油）に対する不溶解物（カーボン）の割合と計測部
１６の出力をマイクロコンピュータ20-1により演算・出
力し、結果はディスプレイ20-1に表示される。即ち、マ
イクロコンピュータには電圧比と微粒子量に対するマッ
プ（図８参照）が格納されており、電圧比の演算値に対
応する微粒子量の演算が補間によって実行され、演算結
果のデータはマイクロコンピュータの保有する記録素子
に一時的に保存される。そして、ステップ216 で設定さ
れた回数の測定が行われたと判断されるまで計測が繰り
返され、設定回数の計測が完了したときステップ218 に
進み、計測データの記録保存が行われる。

【００３１】第１実施例では温度制御はハードウエア的
な温度制御ユニット１８で行っているが、ソフトウエア
的な制御を行うようにしてもよい。図９は第２実施例の
微粒子測定装置を示しており、図１の実施例との相違点
はヒータ３２の代わりに電子加熱器９０を使用してい
る。周知のように、電子加熱器９０は超音波振動子等を
加熱部材として備えており、熱交換タンク２２中の緩衝
液体に振動エネルギを印加し、緩衝液体の加熱を行うも
のである。また、この実施例では検出される被検査流体
量に応じ流量制御弁１４のフィードバック制御を行う機
能を付加するため、マイクロコンピュータ20-1と流量制
御弁１４との管にD/A コンバータ20-4を設置している。

【００３２】また、流量制御弁１４のフィードバック制
御については第１実施例の図７に準じており、これを参
照して説明すると、ステップ204-5 で流量が設定範囲に
あると判断されたときはステップ204-6 で流量制御弁１
４への駆動パルスのパルス間隔（時間当たりのパルス
数）が維持され、そのため流量制御弁１４は現行開度の
ままに保持される。ステップ204-5 で流量が設定範囲よ
り大きいほうに外れているとの判断のときはステップ20
4-7 に進み、流量制御弁１４への駆動パルスのパルス間
隔が増大（時間当たりのパルス数が減少）され、このパ
ルス信号はA/D 変換器20-4でアナログ信号に変換された
後、流量制御弁１４に送られ、流量制御弁１４を通過す
る被計測液体の流量は減少される。一方、ステップ204-
5 で流量が設定範囲より小さいほうに外れているとの判
断のときはステップ204-8 に進み、流量制御弁１４への
駆動パルスのパルス間隔が減少（時間当たりのパルス数
が増大）され、結果的に流量制御弁１４を通過する被計
測液体の流量は増大される。以上のようなフィードバッ
ク制御によりパイプ１０を流れる被検査液体の流量は設
定範囲に制御される。被検査液体の流量はその温度ほど
ではないが微粒子量の計測値に影響するので、この実施
例のような制御によ計測値に対する流量の影響を排除し
より一層の精度向上に寄与させることができる。

【００３３】尚、図９の実施例ではその他の構成は図１
と相違することがなく、説明は省略する。緩衝液体の加
熱のための他の方式として、図１の加熱部１２のような
二重管を使用した熱量制御の代わりにパイプ１０に直接
ペルチェ素子のような冷却効果を示す素子と、シリコン
ラバーのような加熱機能を示す素子を貼着し、熱量制御
を実行するように変形することが可能である。即ち、こ
の変形では図１の熱交換タンク２２、電磁弁２６は不要
となる。

【００３４】図１０はクリーニング部材５２の流出を防
止するための計測室４２付近の構成の変形実施例を示し
ている。即ち、被検査流体の流通のパイプ１０と計測室
４２とは複数の管材９２の束により接続されている。そ
のため、計測室４２はその上流端及び下流端の双方にお
いて管材９２の束（図１１参照）によりパイプ１０と接
続されている。そして、計測室４２内のクリーニング部
材５２の外径は各管材９２の内径より小さくなってい
る。そのため、クリーニング部材５２は管材９２を通過
することはできず、計測室４２に保持することができ
る。また、図１の実施例の流量制御弁１４の代わりに図
１０の実施例において計測室４２の入口部分42A 又は42
B 又はその双方に流量制御弁９４が設置されるがこの流
量制御弁９４は図１２に示すように一対の半円形板94A,
94Bを軸方向に重ねてかつ相互に回転可能に配置するこ
とにより構成される。半円形板94A, 94Bの相対位置は
(イ) 、(ロ) 、(ハ) 等のように変化させ、これにより通路
面積を連続的に制御し、計測室４２への被検査流体の流
速を制御することができる。

【００３５】図１３は図４に示した光強度比を演算する
回路の変形例である。図４の実施例では光強度比PD(L₃)
及びPD(L₁)に応じた電圧V(L₃) 及びV(L₁) をマイクロコ
ンピュータ内において演算していたが、図１５の実施例
では演算器100, 102を設け、演算器（除算器)100によっ
て電圧比V(L₃)/V(L₁) を算出し、演算器（掛算器)102に
よって変換係数αを掛け算し、光強度比をハードウエア
的に得て、これを制御ユニット２０のマイクロコンピュ
ータ20-1内に取り込み微粒子量の演算に使用している。

【００３６】図２に関連して説明した第１実施例では受
光素子58, 60は発光ダイオード(LED) によって構成され
ていたが、発光ダイオードの代わりに電荷結合デバイス
(CCD) を使用した実施例について以下図１４を参照して
説明する。即ち、この実施例では図１４において、モニ
タ光L₁の受光素子は図２の実施例と同様に発光ダイオー
ド(LED) により構成されているが、反射光L₃の受光用の
受光素子104 はCCD として構成されている。計測室４２
内の被測定液体に含まれる不溶解物は分布を持っている
が、CCD により被測定液体内の不溶解物の分布を精度良
く知るようにすることを意図したものである。即ち、光
軸に直交する検出面104A（図１５参照）においてCCD は
それぞれが縦横の直線（メッシュ）によって区切られた
検出区域を構成している。図の例では12×12の検出区域
（セル）を備えている。そして、メッシュ数によって分
解性能は変化する。即ち、メッシュにより区切られる一
つの検出領域より不溶解物の粒径が小さい場合はメッシ
ュ内での光強度に差が現れ、メッシュより粒径が大きい
場合は粒子にふさがれたメッシュ数により粒径を知るこ
とができる。例えばディーゼルエンジン潤滑油中へ混入
してくる不溶解物であるカーボンの大きさは0.1 〜10μ
ｍであり、一方CCD の一つのセルの大きさ(即ち、メッ
シュサイズ）は７μｍ又はそれ以上であり、換言すれ
ば、CCD の一つのセルの大きさとカーボン粒子の一つの
大きさとはほぼ拮抗する大きさを持っており、カーボン
の粒子をCCD の出力差により識別することが可能であ
る。例えば、図１５の(イ) において黒丸で表示した点11
0 はカーボン粒子の一つ一つのであるとする。このとき
カーボン粒子はそれが遮るCCD のセルの光度を遮蔽度合
いに応じて変化される。図１５の(ロ) はそれぞれのカー
ボン粒子で遮蔽されたセルを斜線をもって示すと共に、
遮蔽の度合いに応じたセルの光度の変化を斜線の太さに
応じて変えて示している。即ち、太い斜線のセルは遮蔽
の度合いが大きく、細い斜線のセルは遮蔽の度合いが小
さく、斜線を付されていないセルはカーボン粒子による
遮蔽を受けなかったことを示している。このように、CC
D の検出面にはその検出面内での不溶解物110 の分布を
反映した光強度の分布が得られ、かつ不溶解物の粒径、
個数を用いて単位時間当たりの不溶解物の濃度を把握す
ることができる。

【００３７】一方、計測室４２中にはクリーニング部材
５２が使用されており、クリーニング粒子によっても入
射光は遮蔽され、その影響を把握する必要がある。クリ
ーニング粒子のサイズは３〜５mmのオーダーであり、カ
ーボン粒子のサイズやメッシュのサイズとは桁違いに大
きいものである。図１６(イ) はCCD のセルに対する一つ
のクリーニング粒子の大きさを模式的に表した図であ
る。図中、中空のガラス製球部材として構成された一つ
のクリーニング粒子を112 で示しており、カーボン粒子
110 と比較してその大きさの相違がわかる。図１６の
(ロ) は検出面104Aにおける各セルの光度を模式的に示
す。像面積の大きさの相違によりクリーニング粒子の影
響を排除した計測が可能となる。

【００３８】図１７は図１６のCCD より構成される受光
素子104 による光強度信号の処理のための回路を示す。
この回路はLED により受光素子を構成した図１３と同様
であるが、セル毎にレシーバと変換増幅器と演算器とが
設けられる。即ち、ピンフォトダイオード５８によるモ
ニタ光L₁の光量に応じた電圧信号V(L₁) が変換増幅器８
０によって得られ、一方反射光L₃を受光する受光素子10
4 としてのCCD の各セル(i, j)毎にレシーバ78_i,jと変
換増幅器82_i,jとの組み合わせが設けられ、各変換増幅
器は演算器100 _i,jに接続され、反射光に基づくそのセ
ル(i, j)の受光量に応じた電圧信号V(L₃) _i,jが各変換
増幅器82_i,jの出力に得られ、この電圧値V(L₃) _i,jに
対するモニタ光L₁の光量V(L₁) の比が各演算器100
_i,j, 102 _i, _jにおいて算出され、制御ユニット２０
のマイクロコンピュータに入力され、図１５及び図１６
に説明した原理に従った計測が行われる。

【００３９】図１８は図１７の実施例において各セルか
らの信号をマイクロコンピュータで読み取り時の時分割
の方式を概略的に説明する。即ち、図１７では受光素子
104としてのCCD の各セル(i, j)毎にレシーバ78_i,jと
変換増幅器82_i,jと演算器100 _i,j及び102 _i,jの組み
合わせが設けられる。従って、サンプリングは一回の計
測で一度のみであり、その後そのサンプリング電圧はラ
ッチされ、マイクロコンピュータ(ECU) のA/D 変換チャ
ンネルを順次切り替えてゆくことにより、各メッシュ点
に対応して設けられたレシーバ78_i,jと変換増幅器82
_i,jと演算器100 _i,j及び102 _i,jの組み合わせからの
電圧比α×(V(L₃)_i,j/V(L₁)の比の値がマイクロコンピ
ュータに入力される。

【００４０】図１５では反射光の受光素子104 を構成す
るCCD の受光面104Aにおけるセルは縦・横にメッシュ状
に区分して構成されているが、図１９で示す実施例では
CCDの受光面104A′は縦のみに構成され、横方向にはス
キャンをすることにより所定範囲において比検査液体か
らの反射光の検査を行っている。図１９において縦方向
に列状に配置したCCD セルの横方向のスキャンは各セル
から延びる矢印として表わされている。この操作機能を
達成するため受光素子104 の支持を行う支持体は操作方
向において移動可能に構成される。図２０の(イ) はスキ
ャンの開始前、(ロ) 及び(ハ) はスキャンが進んだ状態を
示す。各スキャン位置での各CCD セルの光量を時分割に
より計測する。検出面をスキャンし終わった時点で全体
の不溶解物の混入割合の計算を行う。この方法は、測定
対象へ混入してくる不溶解物の割合が急に変化しなけれ
ば問題なく不溶解物の混入割合の検出が可能である。例
えば、(ロ) 、(ハ) のようにスキャンした場合、各スキャ
ン時点で不溶解物110A, 110Bが存在すればその検知が行
われる。検出面のスキャンを完了した時点で全体の不溶
解物の像を(ニ) のように生成することができ、この生成
画像より不溶解物の混入割合の算出が行われる。

【００４１】図２１は受光素子104 を構成するCCD を１
列として構成された場合に、図１７に準じた回路により
実行されるスキャンを説明している。即ち、回路構成は
図１７と同様であるが、レシーバ７８と変換増幅器８２
と演算器100 及び102 の組み合わせは列毎に設置されて
いるのが相違する。サンプリングは１列毎に実施され、
１列のサンプリング後その計測値をラッチし、マイクロ
コンピュータ(ECU) のA/D 変換チャンネルを順次切り替
えてゆくことにその列の各セルの電圧比が得られる。１
列の入力が完了後、次の列のサンプリングを行い、同様
に各セルからの演算値がマイクロコンピュータに入力さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の液体中の微粒子測定装置の構
成を示す概略図である。

【図２】図２は潤滑油中のカーボン量等の不溶解物の計
測部の構成を示す概略図である。

【図３】図３は検出面での光線の状態を説明す図であ
る。

【図４】図４は不溶解物の計測部の光学的検出部からの
信号処理回路を示すブロックダイヤグラムである。

【図５】図４は温度補償、流量制御、及び不溶解物量の
計測処理のためのマイクロコンピュータの作動を説明す
るフローチャートである。

【図６】図６は温度補償動作を説明するフローチャート
である。

【図７】図７は流量制御動作を説明するフローチャート
である。

【図８】図８は電圧比と微粒子量との関係を模式的に示
すグラフである。

【図９】図９は図１と同様であるが、別実施例における
流体中の微粒子測定装置の構成を示す概略図である。

【図１０】図１０はクリーニング粒子の脱落の防止のた
めの被検査液体配管の構造を示す図である。

【図１１】図１１は図１０のXI−XI線に沿って表される
断面図である。

【図１２】図１２は図１０における流量制御弁の動作を
説明する概略図である。

【図１３】図１３は図４と類似するが別実施例の信号処
理回路を示すブロックダイヤグラムである。

【図１４】図１４は図２と類似するが別実施例の計測部
の構成を示す概略図である。

【図１５】図１５は反射光の受光素子をメッシャ状のCC
D で構成した場合の検出面の構成を示す概略図である。

【図１６】図１６は図１５と同様であるが、不溶解物
と、クリーニング粒子との区別がどのように行われるか
を説明する図である。

【図１７】図１７は図１２と類似するが別実施例の信号
処理回路を示すブロックダイヤグラムである。

【図１８】図１８は図１７におけるサンプリング方式を
説明する図である。

【図１９】図１９は受光素子としてのCCD を列型セルと
して構成した場合の検出面の概略図である。

【図２０】図２０は列型セルによる不溶解物の検出方式
を説明する図である。ラムである。

【図２１】図２１は図２０におけるサンプリング方式を
説明する図である。

【符号の説明】

１０…潤滑油循環パイプ１２…加熱部１４…流量制御弁１６…計測部１８…温度制御ユニット２０…カーボン量検出・流量制御ユニット２６…電磁弁３０…ヒータ４０…プリズム４２…計測室４３…潤滑油入口４４…潤滑油出口４８，５０…潤滑油通路５２…クリーニング部材５４…光源５６…分光器５８…第１の受光素子６０…第２の受光素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大▲崎▼ 理江愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定液体のための管路と、該管路に設
けられ、被測定液体中に含まれる微粒子を被測定液体中
での微粒子の分布状態より光学的に測定する微粒子測定
手段と、温度に応じた被測定流体の光学的性質の変化を
補償するように被測定流体の温度を制御する温度制御手
段とを備えたことを特徴とする液体中の微粒子測定装
置。
【請求項２】請求項１に記載の発明において、被測定
流体は内燃機関の潤滑油用オイルであり、微粒子はオイ
ル中に混入されるカーボンであることを特徴とする液体
中の微粒子測定装置。
【請求項３】請求項１に記載の発明において、前記管
路における被測定液体の流量を制御する流量制御手段を
更に備えたことを特徴とする液体中の微粒子測定装置。
【請求項４】請求の範囲２に記載の発明において、前
記微粒子測定手段は、被測定液体中の微粒子の外径の最
大値と最小値との間の波長の光を発生する光源と、光源
からの検査光を被測定液体との界面に案内する導光手段
と、前記界面において反射された光を受光する受光手段
と、受光された反射光より微粒子の大きさに応じた信号
を得る信号形成手段とから構成されたことを特徴とする
液体中の微粒子測定装置。
【請求項５】請求項４に記載の発明において、前記信
号形成手段は、受光手段からの受光信号と被測定流体中
に含まれる微粒子の特性についての関係を予め記憶して
おくマップ手段と、受光信号より前記マップ手段を利用
して微粒子量を演算する演算手段とから構成されたこと
を特徴とする液体中の微粒子測定装置。
【請求項６】請求項４に記載の発明において、前記受
光手段はＣＣＤであり、前記信号形成手段はＣＣＤのメ
ッシュ点における光強度差により微粒子の検出を行うこ
とを特徴とする液体中の微粒子測定装置。
【請求項７】請求項６に記載の発明において、ＣＣＤ
における微粒子の検出パターンに対するクリーニング部
材の検出パターンの差によりクリーニング部材の検出を
除外し、誤差を排除する手段を更に具備したことを特徴
とする液体中の微粒子測定装置。
【請求項８】請求項６に記載の発明において、ＣＣＤ
は一列に配置され、ＣＣＤを所定速度で走査する手段を
備え、検出面における微粒子の分布の計測を行うことを
特徴とする液体中の微粒子測定装置。