JP2005156297A - エンジンオイルの液状混入物診断装置および診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンオイル中の液状混入物の診断を正確に行えるようにする。
【解決手段】 エンジン１のオンルパン３の下部に取り付けるドレンプラグ５に、ドレンプラグ外部の光源部１１からの光を、光ファイバかならなる照射用光ファイバ１３を通して導入し、この導入した光をドレンプラグ５の先端の検知部９に設けたプリズムによって反射させてエンジンオイル７中に透過させた後、光ファイバかならなる受光用光ファイバ１５に導く。受光用光ファイバ１５に導いた光は、ドレンプラグ外部の受光部１７が受光して伝送光強度を測定し、この測定データの入力を受ける制御・演算部１９が、エンジンオイル７中のガソリン希釈率の判定を行う。
【選択図】 図１

Description

この発明は、光源から発する光を、エンジンオイル中に透過させた後受光部で受光させ、この受光信号に基づいてエンジンオイル中の液状混入物を診断するエンジンオイルの液状混入物診断装置および診断方法に関する。

従来では、近赤外光の２波長間の光透過損失および光透過損失差から、エンジンオイルの劣化を診断する装置が、特許文献１に記載されている。
これは、光源から発する光をオイルレベルゲージ先端に設けてあるミラーまで導く照射用導光体と、ミラーで反射した光を受光部まで導く受光用導光体とを、１本の光ファイバで構成し、この１本の光ファイバおよび前記したミラーを、オイルレベルゲージに組み込んでいる。
特開２００１−２７６３５号公報

上記した照射用導光体から出射した光がオイル中を透過した後、ミラーで反射し、この反射光が受光用導光体に導かれて受光部に達する。

ところで、上記した従来のオイルレベルゲージを使用する際には、一般的に、図６に示すようにオイルレベルゲージ５１をエンジンに設けてあるオイルレベルゲージガイド５３に挿入し、さらにオイルレベルゲージ５１のミラー５５を備えた先端部を、オイル５７中に浸入させる必要がある。

ところが、オイルレベルゲージガイド５３が二次元あるいは三次元の曲げ形状に湾曲している場合には、オイルレベルゲージガイド５３の内壁に対するオイルレベルゲージ５１の接触抵抗により、オイルレベルゲージ先端部がオイル中に到達しない恐れがある。

また、上記した湾曲形状のオイルレベルゲージガイド５３内にオイルレベルゲージ５１を通過させる際に、図７に示すように、光ファイバ５９の先端部とミラー５５との間に曲げあるいは反りが発生して光軸ずれが発生し、ミラー５５での反射光が光ファイバ５９に入射しなくなる恐れがある。

このため、上記した従来のオイル劣化診断装置を、エンジンオイル中のガソリンなどの液状混入物を診断する装置に適用したとしても、エンジンオイルの診断を正確にできないという問題がある。

そこで、この発明は、エンジンオイル中の液状混入物の診断を正確に行えるようにすることを目的としている。

前記目的を達成するために、この発明は、光源部から発する光を、エンジンオイル中に透過させた後受光部で受光させ、この受光信号に基づいてエンジンオイル中の液状混入物を診断するエンジンオイルの液状混入物診断装置において、エンジンのオンルパン下部に取り付けるドレンプラグに、ドレンプラグ外部の前記光源部からの光をドレンプラグ内部に導入する照射用導光体と、この照射用導光体によって導入した光をドレンプラグ外部の受光部まで導く受光用導光体と、前記照射用導光体によって導入した光を、前記オイルパン内のエンジンオイル中に透過させた後、前記受光用導光体に導くよう反射させる反射部とをそれぞれ設けた構成としてある。

この発明によれば、照射用導光体からの光を、反射部での反射により、エンジンオイル中に透過させた後受光用導光体に導く構成を、エンジンのオンルパン下部に取り付けるドレンプラグに設定したため、光源部から照射用導光体を経て導入する光を、常にエンジンオイル中に透過させることができ、エンジンオイルの診断を常に正確に行うことができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、この発明の実施の一形態に係わるエンジンオイルの液状混入物診断装置の全体構成図である。

自動車用エンジン１のオイルパン３の下部には、ドレンプラグ５を取り付けてある。ドレンプラグ５の先端には、オイルパン３内のエンジンオイル７中に露出する検知部９を備えている。この検知部９については、後述する図２によって詳細に説明する。

上記したドレンプラグ５には、光源部１１から発する光をドレンプラグ５内に導入する照射用導光体としての照射用光ファイバ１３を接続するとともに、照射用光ファイバ１３を通過した光を前記検知部９を経てドレンプラグ５の外部に導く受光用導光体としての受光用光ファイバ１５を接続する。

受光用光ファイバ１５を通過した光は、受光部１７で受光して伝送光強度を測定し、この測定データは制御・演算部１９が取り込む。制御・演算部１９で演算後の診断結果は、ＬＥＤを用いた表示部２１で表示する。

上記した光源部１１，受光部１７，制御・演算部１９および表示部２１は、診断ユニット２３を構成しており、この診断ユニット２３は、通信コネクタ２５を介して外部ＰＣ２７に接続する。

ドレンプラグ５は、図２に詳細に示すように、オイルパン３の底部のねじ孔に締結するねじ部２９と、ねじ部２９を上記したねじ孔に締結する際に工具によって回転させる六角部３１と、六角部３１の雄ねじ部２９と反対側に形成してある円筒部３３とを備えている。

これら円筒部３３，六角部３１および雄ねじ部２９内に、前記した照射用光ファイバ１３および受光用光ファイバ１５の端末を貫通させ、その各端部１３ａ，１５ａを、雄ねじ部２９の先端面２９ａに露出させる。雄ねじ部２９は、その少なくとも先端面２９ａは、オイルパン３内のエンジンオイル７中に露出している。

上記した雄ねじ部２９の先端面２９ａには、照射用光ファイバ１３および受光用光ファイバ１５の各端部１３ａおよび１５ａを覆うように、反射部としての照射用プリズム３５および受光用プリズム３７をそれぞれ設置してある。

この照射用プリズム３５および受光用プリズム３７は、互いに所定距離ｈだけ離れた状態で設置してあり、照射用光ファイバ１３に対応する照射用プリズム３５は、照射用光ファイバ１３の端部１３ａから出た光を内部に導入し、先端部の傾斜した反射面３５ａで受光用プリズム３７に向けて反射させる。

一方受光用プリズム３７は、照射用プリズム３５の反斜面３５ａで反射した光を内部に導入し、先端部の傾斜した反斜面３７ａで、受光用光ファイバ１５の端部１５ａに向けて反射させる。この反射光は、受光用光ファイバ１５内を通り、図１に示した受光部１７に達する。

前記図１に示した光源部１１は、図示していないが、可視光から近赤外光を発するタングステン光源と、波長１７５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の近赤外光および波長２０５０ｎｍ以上２２００ｎｍ以下の近赤外光の２波長をそれぞれ抽出する相異なる２種の干渉フィルタとをそれぞれ有する。

受光部１７は、前述したように、受光用光ファイバ１５からの伝送光強度を測定する。制御・演算部１９は、測定データ記憶用メモリおよび読み出し専用メモリを内蔵したマイクロプロセッサからなり、光源部１１での光源波長の切り替え、受光部１７で測定した伝送光強度を取り込んで演算を行う。

制御・演算部１９は、上記した伝送光強度を取り込むことで、光が透過して吸収される単位長さ当たりの透過吸光度（光透過損失）［α：ｄＢ／ｍｍ］および、上記した２波長間の透過吸光度差（光透過損失差）［Δα：ｄＢ／ｍｍ］を演算し、さらに、あらかじめ記憶しておいたエンジンオイルへの液状混入物であるガソリンの希釈率と透過吸光度差との関係（マスターデータ）に基づいて、エンジンオイル７中のガソリン希釈率を判定する。

ここで、自動車用のエンジンオイルのガソリン希釈率と近赤外域における単位長さ当たりの透過吸光度スペクトルとは、図３に示すような変化で代表される。これらの透過吸光度スペクトルは、測定温度の影響を受けないため、エンジン運転前の始業点検の測定と運転中の測定とで、同一値を得ることができる。

上記図３における透過吸光度スペクトルは、ガソリンを実線、オイルを破線、オイルに、５％，１０％，１５％のガソリンをそれぞれ希釈したものを、一点鎖線，二点鎖線，点破線でそれぞれ示している。

これによれば、オイルの透過吸光度スペクトルと、オイルにガソリンを希釈した透過吸光度スペクトルとは、１７００ｎｍ以下の波長域ではほぼ近似している。このため、波長１７００ｎｍ以下の近赤外、および可視光でのガソリン希釈率の判定は不適であると結論できる。

一方１７００ｎｍを超える波長領域では、オイルの透過吸光度スペクトルと、オイルにガソリンを希釈した透過吸光度スペクトルとの間には、差が見られるものの、その差が微少であるために、単一波長で透過吸光度を比較してのガソリン希釈率の判定は困難である。

ところが、上記した１７００ｎｍを超える波長領域で、特に透過吸光度が減少する１７５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下および透過吸光度が増大する２０５０ｎｍ以上２２００ｎｍ以下の各近赤外領域においては、オイルの透過吸光度スペクトルと、オイルにガソリンを希釈した透過吸光度スペクトルとの差が、微少であるものの他の波長領域に比べて大きくなっている。

このため、単一波長の比較では困難なガソリン希釈の判定を、上記した２波長間の透過吸光度差を用いることによって可能となる。すなわち、純粋なオイルにおける２波長間の透過吸光度差と、ガソリンが希釈したオイルにおける２波長間の透過吸光度差とを比較する。

図４では、上記した２波長間の透過吸光度差の一例として、１９４５ｎｍと２１７０ｎｍとの間の透過吸光度差を実線で示し、１７００ｎｍ以下の波長域である８００ｎｍと１５５０ｎｍとの間の透過吸光度差を破線で示している。

これによれば、破線で示す１７００ｎｍ以下の波長域での透過吸光度差が、ガソリン希釈率が変化しても殆ど変化が見られないのに対し、実線で示す上記した２波長間の透過吸光度差は、ガソリン希釈率の増加に伴って大きく増大しており、この２波長間の透過吸光度差を用いることによって、ガソリン希釈の判定を正確に行うことができる。

次に、上記した装置の作用を説明する。光源部１１は、図示しないタングステン光源から発する光を、図示しない２種の干渉フィルタによって、波長１７５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の近赤外光および波長２０５０ｎｍ以上２２００ｎｍ以下の近赤外光としてそれぞれ抽出して、照射用光ファイバ１３に向けて出射する。

上記した各抽出光は、照射用光ファイバ１３を経てドレンプラグ５内に導入され、図２に示すドレンプラグ５の先端面２９ａに露出する照射用光ファイバ１３の端部１３ａから照射用プリズム３５内に入射する。照射用プリズム３５内に入射した２波長の光は、反射面３５ａで反射してエンジンオイル７中を透過し、受光用プリズム３７に向けて進行する。各抽出光がエンジンオイル７中を透過することで、エンジンオイル７中にガソリンが希釈した場合に、そのガソリンによって光が吸収されて光透過損失が発生する。

受光用プリズム３７では、エンジンオイル７中を透過した光が、反射面３７ａで反射し、受光用光ファイバ１５の端部１５ａに向けて進行し、その後受光用光ファイバ１５を通って受光部１７に達する。受光部１７は受光用光ファイバ１５からの各波長の伝送光強度を測定する。

図５は、前記した制御・演算部１９の制御動作を示すフローチャートである。まず光源波長のレファレンス透過光量（Ｉ_0，λ）を測定し（ステップ１０１）、この測定データによる各波長の光強度を記録する（ステップ１０３）。このレファレンス透過光量は、純粋なオイルのみの場合の基準となる数値である。次に、液状混入物であるガソリンが混入したオイルの透過光量（Ｉ_λ）を測定し（ステップ１０５）、この測定データによる各波長の光強度を記録する（ステップ１０７）。

次に、２波長の透過吸光度（α_λ）を、次式（１）により算出するとともに（ステップ１０９）、次式（２）により２波長間の透過吸光度差（Δα）を算出する（ステップ１１１）。

α_λ＝−１０ｌｏｇ（Ｉ_λ／Ｉ_0，λ） （１）
Δα＝α_λ１−α_λ２ ［ただし、λ1＜λ2］ （２）
そして、前記図４に示すガソリン希釈率と透過吸光度差との関係を示すマスターデータを呼び出し（ステップ１１３）、ガソリン希釈率の判定を行う（ステップ１１５）。

上記した実施形態によれば、照射用光ファイバ１３を通過する光を、照射用プリズム３５で反射させてエンジンオイル７中に透過させ、さらに受光用プリズム３７で反射させて受光用光ファイバ１５に導く検知部９を、エンジン１のオンルパン３下部に取り付けるドレンプラグ５に設けたため、エンジンオイル７の液面低下時でも、検知部９がオイルパン３の底部のエンジンオイル７中に常に存在することになり、また検知部９がエンジンの構造物に接触することもないことから光軸ずれの発生もなく、エンジンオイル７中のガソリンなどの液状混入物の診断を正確に行うことができる。

また、エンジンオイル７の液面に近い表層面は、気泡の混入度合いが比較的高いが、本実施形態では検知部９をオイルパン３の底部に設置してあるので、気泡による光拡散損失の影響を受けにくく、より正確な診断を行うことができる。

さらに、気泡による光散乱損失を受けにくいため、気泡含有量の多くなるエンジン運転中での液状混入物の診断を正確に行うことができる。

また、ドレンプラグ５に検知部９を設ける構成であるため、エンジンシステム上については設計上全く変更する必要がない上、ドレンプラグ５の外形を変更することで、多種のエンジンに適応することができる。

また、従来では波長８００ｎｍ〜１５５０ｎｍ以下の近赤外２波長の光透過損失および２波長間の光透過損失差から検知を行っているが、光散乱の影響は波長の４乗に反比例するので、本実施形態のように１７５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の近赤外光および２０５０ｎｍ以上２２００ｎｍ以下の近赤外光の２波長を用いることで、気泡混入による光散乱の影響が小さくなり、エンジンオイルと光吸収特性が類似している液状混入物につても正確に診断することができる。

なお、上記した実施形態は、エンジンオイル７中のガソリン希釈率の診断を行っているが、エンジンオイル７の劣化度を診断する装置にも適用可能である。

この発明の実施の一形態に係わるエンジンオイルの液状混入物診断装置の全体構成図である。 図１の液状混入物診断装置における検知部を備えたドレンプラグの斜視図である。 各波長域における単位長さ当たりの透過吸光度スペクトルを、オイル、ガソリンおよびガソリン希釈したオイルについてそれぞれ示したグラフである。 ガソリン希釈率と透過吸光度差との相関図である。 図１の液状混入物診断装置における制御・演算部の希釈判定のためのフローチャートである。 従来例におけるオイルレベルゲージをオイルレベルゲージガイドに挿入した状態を示す説明図である。 従来例における光ファイバの先端部とミラーとの間に曲げあるいは反りが発生した状態を示す説明図である。

符号の説明

３ オイルパン
５ ドレンプラグ
７ エンジンオイル
１１ 光源部
１３ 照射用光ファイバ（照射用導光体）
１３ａ 照射用光ファイバの端部
１５ 受光用光ファイバ（受光用導光体）
１５ａ 受光用光ファイバの端部
１７ 受光部
２９ａ ドレンプラグの先端面
３５ 照射用プリズム（反射部）
３７ 受光用プリズム（反射部）

Claims (6)

1. 光源部から発する光を、エンジンオイル中に透過させた後受光部で受光させ、この受光信号に基づいてエンジンオイル中の液状混入物を診断するエンジンオイルの液状混入物診断装置において、エンジンのオンルパン下部に取り付けるドレンプラグに、ドレンプラグ外部の前記光源部からの光をドレンプラグ内部に導入する照射用導光体と、この照射用導光体によって導入した光をドレンプラグ外部の受光部まで導く受光用導光体と、前記照射用導光体によって導入した光を、前記オイルパン内のエンジンオイル中に透過させた後、前記受光用導光体に導くよう反射させる反射部とをそれぞれ設けたことを特徴とするエンジンオイルの液状混入物診断装置。
2. 前記反射部は、前記照射用導光体によってドレンプラグ内に導入した光を反射させて前記エンジンオイル中に透過させる照射用プリズムと、この照射用プリズムに対して所定距離離れた位置に設置され、前記エンジンオイル中を透過後の光を反射させて前記受光用導光体に導く受光用プリズムとから構成されていることを特徴とする請求項１記載のエンジンオイルの液状混入物診断装置。
3. 前記照射用導光体および受光用導光体は、前記エンジンオイル中に露出する前記ドレンプラグの先端面に端部が露出し、この照射用導光体および受光用導光体の各端部をそれぞれ覆うように、前記照射用プリズムおよび受光用プリズムを、前記ドレンプラグの先端面に設けたことを特徴とする請求項２記載のエンジンオイルの液状混入物診断装置。
4. 前記光源から発する光として、１７５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の近赤外光および２０５０ｎｍ以上２２００ｎｍ以下の近赤外光の２波長を用い、この２波長間の光透過損失差に基づいて、前記エンジンオイル中の液状混入物の診断を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のエンジンオイルの液状混入物診断装置。
5. 前記照射用導光体および受光用導光体を、光ファイバで構成したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のエンジンオイルの液状混入物診断装置。
6. 光源部から発する光を、エンジンオイル中に透過させた後受光部で受光させ、この受光信号に基づいて前記エンジンオイル中の液状混入物を診断するエンジンオイルの液状混入物診断方法において、エンジンのオンルパン下部に取り付けるドレンプラグに、ドレンプラグ外部の前記光源部からの光を、照射用導光体を通して導入し、この導入した光を、前記ドレンプラグに設けた反射部によって、前記エンジンオイル中に透過させた後、ドレンプラグ内の受光用導光体に導くよう反射させ、この反射させた光を、前記ドランプラグ外部の受光部に受光させ、この受光信号に基づいて前記エンジンオイル中の液状混入物の診断を行うことを特徴とするエンジンオイルの液状混入物診断方法。

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