JP6504504B2 - Oil physical property sensor - Google Patents
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Description
本発明は、オイル物性センサに関する。 The present invention relates to an oil physical property sensor.
従来、例えばエンジンオイルの劣化を判定する装置として、エンジンオイル中に含まれるカーボン粒子の量(残留炭素分)を評価するために光学式センサを備えるものがある(例えば、特許文献1参照)。特許文献1の劣化診断装置では、光源から出射された光をエンジンオイル中に導き、当該エンジンオイルを透過した光を受光する。この劣化診断装置は、受光された光の伝送光強度を測定し、2波長間の光透過損失差と、予め記憶されている光透過損失とオイルの劣化度との関係を示すマップを参照し、オイルの劣化度を判定する。
Conventionally, as an apparatus for determining deterioration of engine oil, for example, there is one having an optical sensor in order to evaluate the amount of carbon particles (remaining carbon content) contained in engine oil (for example, see Patent Document 1). In the deterioration diagnostic device of
上記従来技術では、受光用のスリットにオイルがあることが必須であり、スリット間に粘度のあるオイルが常時存在することで、投光面、受光面が汚れてしまうので、光損失が変化して劣化度の判定に誤差が生じるおそれがある。 In the above-mentioned prior art, it is essential that there is oil in the light receiving slit, and the light emitting surface changes because the light emitting surface and the light receiving surface are contaminated due to the presence of oil with viscosity always between the slits. Errors in the determination of the degree of deterioration.
本発明は、オイルの誘電率の変化を検出して、オイルの物性の変化を検出することが可能なオイル物性センサを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an oil physical property sensor capable of detecting a change in dielectric constant of oil and detecting a change in physical property of oil.
本発明のオイル物性センサは、筒状の外部導体及び当該外部導体の内部で外部導体の軸線上に配置された棒状の内部導体を有し、外部導体と内部導体との間でオイルを貯留可能なオイル貯留部を含む同軸共振器と、内部導体を介してオイルに入射されるマイクロ波を送信する送信部と、オイル中を伝搬し内部導体の先端に対応する位置で反射したマイクロ波の反射波を、内部導体の基端部を介して受信する受信部と、オイル貯留部の底部から入射したマイクロ波の入射波と内部導体の先端に対応する位置で反射してオイル貯留部の底部に到達した反射波との位相差又は振幅差の少なくとも一方を測定する測定部と、を備える。 The oil physical property sensor of the present invention has a cylindrical outer conductor and a rod-shaped inner conductor disposed on the axis of the outer conductor inside the outer conductor, and can store oil between the outer conductor and the inner conductor. Coaxial resonator including various oil reservoirs, a transmitter for transmitting microwaves incident on the oil through the inner conductor, reflection of microwaves propagating in the oil and reflected at a position corresponding to the tip of the inner conductor The receiver reflects the wave through the base end of the inner conductor, reflects the incident wave of the microwave incident from the bottom of the oil reservoir and the tip of the inner conductor, and reflects it on the bottom of the oil reservoir And a measuring unit that measures at least one of a phase difference or an amplitude difference with the reflected wave that has arrived.
このオイル物性センサでは、マイクロ波がオイル貯留部に貯留されたオイル中を同軸共振器の軸線方向に伝搬し、内部導体の先端に対応する位置で反射したマイクロ波の反射波を受信する。マイクロ波は誘電体(複素誘電率:ε=εr+jεi)中を伝搬することにより、マイクロ波の位相及び振幅が変化する。例えば、使用により不純物を含みオイルの物性が変化すると、誘電体であるオイルの誘電率が変化し、オイル中を伝搬したマイクロ波に位相のずれ及び振幅の減衰が生じる。そして、オイル中を伝搬したマイクロ波の位相のずれ及び振幅の減衰は、オイルに含まれる不純物の量に依存する。劣化したオイルは、例えば金属粉、PM(粒子状物質、例えば煤)、有機物(例えばオイル分解生成物)等の不純物を含んでいる。 In this oil physical property sensor, the microwaves propagate in the oil stored in the oil reservoir in the axial direction of the coaxial resonator, and receive the reflected microwaves reflected at the position corresponding to the tip of the inner conductor. The microwaves propagate in the dielectric (complex dielectric constant: ε = ε r + jε i ) to change the phase and amplitude of the microwaves. For example, when the physical properties of the oil change due to the use of impurities, the dielectric constant of the oil, which is a dielectric, changes, and the microwaves propagated in the oil cause a phase shift and an amplitude attenuation. And the phase shift and the attenuation of the amplitude of the microwaves propagating in the oil depend on the amount of impurities contained in the oil. The degraded oil contains impurities such as, for example, metal powder, PM (particulate matter, for example, soot), organic matter (for example, oil decomposition products).
オイル物性センサでは、マイクロ波の入射波と反射波との位相差又は振幅差の少なくとも一方を測定することにより、オイルに含まれる不純物の増加を検出して、オイルの物性を把握することができる。例えば、実際に測定されたデータと、過去に測定されたデータとを比較することで、オイルの劣化を判定することができる。このオイル物性センサは、オイルに不純物が含まれている場合であってもマイクロ波を受信することができるので、従前の光学式センサで測定できないオイルに対しても使用可能である。 By measuring at least one of the phase difference or the amplitude difference between the microwave incident wave and the reflected wave, the oil physical property sensor can detect the increase in impurities contained in the oil and can grasp the physical property of the oil. . For example, the deterioration of the oil can be determined by comparing actually measured data with data measured in the past. Since this oil physical property sensor can receive microwaves even when the oil contains impurities, it can be used for oil which can not be measured by the conventional optical sensor.
また、マイクロ波が伝搬する長さが長くなるほど、マイクロ波の位相差及び振幅差は大きくなるため、マイクロ波の伝搬する長さを長くすることで測定精度の向上を図ることができる。オイル物性センサでは、オイル貯留部の底部から入射した入射波と、オイル中を伝搬し内部導体の先端に対応する位置で反射してオイル貯留部の底部に到達した反射波との位相差又は振幅差を測定するので、マイクロ波を同軸共振器の軸線方向に往復させて、マイクロ波が伝搬する長さを確保している。これにより、同軸共振器の大型化を抑制すると共に測定精度の向上が図られている。同軸共振器の小型化を図ることで、オイルが使用される機器(例えば車両)への搭載が容易となる。 In addition, since the phase difference and the amplitude difference of the microwaves increase as the propagation length of the microwaves increases, the measurement accuracy can be improved by lengthening the propagation length of the microwaves. In the oil physical property sensor, the phase difference or amplitude between the incident wave incident from the bottom of the oil reservoir and the reflected wave propagating in the oil and reflected at a position corresponding to the tip of the inner conductor to reach the bottom of the oil reservoir Since the difference is measured, the microwave is reciprocated in the axial direction of the coaxial resonator to ensure the propagation length of the microwave. As a result, while the enlargement of the coaxial resonator is suppressed, the measurement accuracy is improved. By reducing the size of the coaxial resonator, it is easy to mount it on a device (for example, a vehicle) in which oil is used.
また、軸線が延在する方向において、外部導体は内部導体よりも底部とは反対側に張り出し、外部導体の内径は、マイクロ波の波長の1/2以下の長さである構成でもよい。これにより、外部導体から外部に漏洩するマイクロ波を低減することができ、外部の機器へのマイクロ波の影響を抑制することができる。また、マイクロ波の損失を少なくして、測定精度の向上を図ることができる。 In the direction in which the axis extends, the outer conductor may project beyond the inner conductor to the opposite side to the bottom, and the inner diameter of the outer conductor may be a half or less of the wavelength of the microwave. Thus, microwaves leaking from the outer conductor to the outside can be reduced, and the influence of microwaves on external devices can be suppressed. In addition, the loss of microwaves can be reduced to improve the measurement accuracy.
また、送信部から送信されるマイクロ波の周波数は、0.1GHz以上25GHz以下とすることができる。これにより、オイルに含まれる煤による測定への影響を抑えることができ、オイル中の残留炭素分の増加に対する感度を向上させて、オイルの劣化を精度良く検出することができる。 Further, the frequency of the microwaves transmitted from the transmission unit can be 0.1 GHz or more and 25 GHz or less. As a result, the influence of the soot contained in the oil on the measurement can be suppressed, the sensitivity to the increase of the residual carbon component in the oil can be improved, and the deterioration of the oil can be detected accurately.
また、測定部によって測定されたマイクロ波の位相差又は振幅差に基づいて、オイルに含まれる残留炭素分を算出する残留炭素分算出部を更に備える構成でもよい。これにより、残留炭素分算出部によって算出された残留炭素分を用いて、エンジンオイルの劣化を判定することができる。 In addition, the configuration may further include a residual carbon content calculation unit that calculates the residual carbon content contained in the oil based on the phase difference or the amplitude difference of the microwaves measured by the measurement unit. Thus, deterioration of the engine oil can be determined using the residual carbon content calculated by the residual carbon content calculation unit.
また、残留炭素分算出部によって算出された残留炭素分に基づいて、オイルに含まれる金属粉の濃度を算出する金属粉濃度算出部を更に備える構成でもよい。これにより、オイルに含まれる金属粉の濃度を把握することもできる。 In addition, a metal powder concentration calculation unit may be further provided which calculates the concentration of the metal powder contained in the oil based on the residual carbon content calculated by the residual carbon content calculation unit. Thereby, the concentration of the metal powder contained in the oil can also be grasped.
また、オイル物性センサは、基準となるオイルを伝搬したマイクロ波の位相差又は振幅差の少なくとも一方に関する情報である基準値を格納する記憶部と、測定部で測定された位相差又は振幅差の少なくとも一方と、記憶部に格納されている対応する基準値とを比較して、オイルの劣化を判定する判定部と、を備える構成でもよい。これにより、位相差又は振幅差の少なくとも一方を測定して、基準値と比較するだけで、オイルの劣化を判定することができ、判定部における演算負荷を軽減することができる。 In the oil physical property sensor, a storage unit for storing a reference value which is information on at least one of a phase difference or an amplitude difference of microwaves propagating through the oil serving as a reference, and a phase difference or an amplitude difference measured by the measuring unit. A configuration may be provided that includes a determination unit that determines deterioration of the oil by comparing at least one with a corresponding reference value stored in the storage unit. Accordingly, the deterioration of the oil can be determined only by measuring at least one of the phase difference and the amplitude difference and comparing with the reference value, and the calculation load in the determination unit can be reduced.
本発明によるオイル物性センサによれば、オイルの誘電率の変化を検出して、オイルの物性を測定することができる。 According to the oil physical property sensor according to the present invention, it is possible to detect the change of the dielectric constant of the oil and measure the physical property of the oil.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same parts or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
図1に示されるオイル物性センサ(例えばエンジンオイル劣化センサ)1は、ディーゼルエンジン(以下、「エンジン」という)で使用されたエンジンオイル(潤滑油)100の劣化を判定する際に利用されるセンサである。オイル物性センサ1は、車両に搭載されて使用されるものでもよく、車両に搭載されないで車両整備時などに使用されるものでもよい。
An oil physical property sensor (for example, an engine oil deterioration sensor) 1 shown in FIG. 1 is a sensor used to determine deterioration of an engine oil (lubricating oil) 100 used in a diesel engine (hereinafter referred to as "engine"). It is. The oil
エンジンは、車両の駆動源として利用されるものであり、エンジンが搭載される車両は、特に限定されず、例えばトラック、バスもしくは重機等の大型車両や中型車両、普通乗用車、小型車両又は軽車両等であってもよい。また、エンジンは、例えば船舶、鉄道、その他の発電設備等に適用されるものでもよい。 The engine is used as a drive source of the vehicle, and the vehicle on which the engine is mounted is not particularly limited. For example, a large vehicle such as a truck, a bus or a heavy machine or a medium vehicle, a general passenger car, a small vehicle or a light vehicle Or the like. In addition, the engine may be applied to, for example, a ship, a railway, or other power generation equipment.
オイル物性センサ1は、同軸共振器2を備え、エンジンオイル100中を伝搬したマイクロ波MW(以下、「マイクロ波」と記す。)から、エンジンオイル100に含まれる残留炭素分の濃度を測定する。同軸共振器2は、内部導体4、外部導体5、及び底部6備える。同軸共振器2では、内部導体4と外部導体5との間の領域にエンジンオイル100が貯留される。外部導体5は、円筒状を成し、オイル貯留部の側壁を構成し、底部6はオイル貯留部の底面を構成する。内部導体4は、外部導体5内に配置されてマイクロ波をエンジンオイル100中に入射するものである。
The oil
外部導体5及び底部6は、例えば金属(ジュラルミン、アルミニウム等)により形成されている。外部導体5の上端部(軸線L1方向の一方の端部)5bは、開口(一方の開口)7側の端部であり、外部導体5の下端部(軸線L1方向の他方の端部)5cは、底部6側の端部である。開口7は、エンジンオイル100を同軸共振器2の内部に注入する場合、または、同軸共振器2の内部に貯留されたエンジンオイル100を外部に排出する場合に利用される。
The
底部6は、外部導体5の下部側の開口(他方の開口)を覆う円盤状の底板である。底部6は例えば外部導体5と一体的に形成されている。外部導体5及び底部6は、例えば円柱体を切削加工することで一体的に形成されている。底部6の径方向の中央には、内部導体4を挿通させるための開口部分が形成されている。
The
内部導体4は、円柱状(棒状)を成し、外部導体5の内部で外部導体5の軸線L1に沿って配置されている。内部導体4の材質は、例えば、外部導体5と同一の金属(ジュラルミン、アルミニウム等)により形成されている。内部導体4の外径は、例えば、5.1mmである。内部導体4の外径は、同軸共振器2の特性インピーダンスと、後述する同軸ケーブル15の特性インピーダンスとが一致するように設定される。同軸ケーブル15の特性インピーダンスは、例えば、50Ωとなっている。なお、特性インピーダンスは、50Ωに限定されず、75Ωでもよく、その他の値でもよい。
The
内部導体4の基端部は、同軸共振器2の底部6に接続された支持部8によって支持されている。内部導体4の上端部(一方の端部、先端部)4aは、軸線L1方向において、外部導体5の上端部(一方の端部)5b側に配置されている。
The proximal end of the
外部導体5の上端部5bは、内部導体4の上端部4aよりも上方に配置されている。軸線L1方向において、内部導体4の上端部4aより上方に突き出した外部導体5の上端部分の突き出し長さL2は、例えば20mmである。この突き出し長さL2が20mmであると、同軸共振器2を円筒導波管として機能させることができ、外部導体5の内径Daをマイクロ波の波長の1/2以下にすれば、同軸共振器2から外部へのマイクロ波の漏洩を防止できる。なお、突き出し長さL2は、軸線L1方向において、例えば、内部導体4の上端面から外部導体5の上端面までの長さである。また、外部導体5の内径Daは、軸線L1を挟んで対向する内周面5a間の距離である。
The
本実施形態において、外部導体5の内径Daは例えば16.6mmである。外部導体5の内径Daはマイクロ波の波長の1/2以下の長さである。オイル物性センサ1におけるマイクロ波の遮断波長λが8.3mmである場合には、外部導体5の内径Daと遮断波長λとの関係はλ=Da/2であるので、外部導体5の内径Daは16.6mmであればよい。なお、内部導体4の上端部4aに対応する高さで、マイクロ波を反射させるためには、λ/2≧Daの条件を満たす必要がある。
In the present embodiment, the inner diameter Da of the
内部導体4の他方の端部4bは、同軸共振器2の底部6を貫通して、外部(下方)に突き出している。内部導体4の下部側を支持する支持部8は、外部導体5よりも小径である筒体9と、筒体9の下端側の開口を覆う底部蓋体10と、を備える。
The
筒体9の軸線は、外部導体5の軸線L1に沿って配置されている。筒体9の上端部(一方の端部)9aは、同軸共振器2の底部6の開口の周縁に接続されている。筒体9は、底部6から下方に突き出している。底部蓋体10は、円盤状(板状)を成し、筒体9の下端部(他方の端部)9bに対して一体成形されている。筒体9及び底部蓋体10は、例えば円柱体を切削加工することで一体的に形成されている。
The axis of the cylindrical body 9 is disposed along the axis L1 of the
筒体9の上端部9aの外周面には、おねじ部が形成され、底部6の開口部の内周面には、めねじ部が形成されている。筒体9の上端部9aは、底部6の開口部にねじ込まれることで、底部6に接合されている。底部6に対する筒体9の接合方法は、ねじ込みに限定されず、溶接でもよく、ボルト接合などその他の接合方法でもよい。
An external thread is formed on the outer peripheral surface of the
また、支持部8の内部には、例えば円柱状の絶縁体13が充填されている。絶縁体13の円柱の中心に沿って、内部導体4を挿通するための孔13aが貫通している。内部導体4は、絶縁体13の孔13aに挿通されて、支持部8に保持されている。内部導体4は、絶縁体13によって保持されて、同軸共振器2の外部導体5、底部6、支持部8の筒体9、及び底部蓋体10に対して絶縁されている。絶縁体13としては例えばテフロン(登録商標)が使用されている。なお、絶縁体13は、テフロンに限定されず、その他の誘電体損失の小さい絶縁体でもよい。
Further, a
オイル物性センサ1は、同軸共振器2に接続されたコネクタ14、同軸ケーブル15及び分析器16を備えている。コネクタ14は、同軸ケーブル15の一端側に設けられている。このコネクタ14は、底部蓋体10から外方に突出する内部導体4の端部4bに接続されている。同軸ケーブル15の他端側には、分析器16が接続されている。分析器16は、演算処理を行うCPU、記憶部となるROM及びRAM、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などを有する。
The oil
分析器16は、高周波回路17を備え、高周波回路17は、マイクロ波を発振して送信する送信部(マイクロ波発振部)として機能すると共に、マイクロ波を受信する受信部として機能する。高周波回路17は、例えば、周波数が2.45GHzであるマイクロ波を送信する。高周波回路17は、マイクロ波の周波数を可変とする周波数可変機能を有するものでもよい。高周波回路17が送信するマイクロ波の周波数は、2.45GHzに限定されず、例えば、2.9GHzでもよく、5.8GHzでもよく、24.125GHzでもよく、その他の周波数でもよい。マイクロ波としては、周波数が0.1GHz以上、25GHz以下のものを使用することができる。また、高周波回路17は、受信したマイクロ波に関する信号に基づいて、マイクロ波の周波数特性を分析する分析部(測定部)として機能する。
The
更に、分析器16は、高周波回路17で受信したマイクロ波の位相差又は振幅の減衰に基づいてエンジンオイル100の劣化を判定する判定部18と、各種データを格納する記憶部19と、を備えている。判定部18は、マイクロ波の位相差又は振幅の減衰に基づいて、エンジンオイル100に含まれる残留炭素分を算出する残留炭素分算出部として機能する。判定部18は、算出された残留炭素分が判定閾値以上である場合には、エンジンオイル100が劣化していると判定する。
Furthermore, the
記憶部19は、エンジンオイル100の劣化を判定するための判定閾値、エンジンオイル100に含まれる残留炭素分を算出するための数式、マップ、データなどが格納されている。記憶部19は、エンジンオイル100の劣化を判定するための判定閾値として、例えば、使用されていない基準となるエンジンオイル(バージンオイル)を伝搬したマイクロ波の位相差又は振幅差の少なくとも一方に関する情報である基準値を記憶している。また、判定閾値として、その他の値を記憶部19に記憶させてもよい。
The
次に、オイル物性センサ1における測定原理について説明する。マイクロ波は、誘電体(複素誘電率:ε=εr+jεi)中を伝搬することにより、位相及び振幅が変化する。伝搬距離Lwを伝搬したマイクロ波の位相差または振幅差の少なくとも一方を検出することで、誘電体の実数部εrまたは虚数部εiの変化を測定することができる。ディーゼルエンジンに使用されたエンジンオイル100は、その使用によって含有する不純物の量が増大し、エンジンオイル100の物性が変化して誘電率が変化する。エンジンオイル100の誘電率が変化すると、エンジンオイル100中を伝搬したマイクロ波に位相のずれ及び振幅の減衰が生じる。
Next, the measurement principle in the oil
そして、エンジンオイル100中を伝搬したマイクロ波の位相のずれ及び振幅の減衰は、エンジンオイル100に含まれる不純物の量に依存する。ディーゼルエンジンに使用されたエンジンオイル100には、例えば、煤(残留炭素分)、金属粉等の不純物が含まれている。
The phase shift and the amplitude attenuation of the microwaves propagated in the
例えば、軸線L1方向において、入射点P1からエンジンオイル100に入射したマイクロ波は、底部6側から内部導体4の上端部4a側に伝搬されて、内部導体4の先端に対応する位置で反射し、底部6側に向かって反対方向に伝搬され入射点P1に到達する。本実施形態では、内部導体4の軸線方向において、内部導体4の先端とエンジンオイル100の液面100aが一致しているので、エンジンオイル100の液面100aが反射位置となる。オイル物性センサ1では、入射点P1におけるマイクロ波の入射波W1と入射点P1におけるマイクロ波の反射波W2との位相差又は振幅差の少なくとも一方を測定し、エンジンオイル100の劣化を検出する。なお、複素誘電率εの実数部εrは反射波W2の位相に依存し、複素誘電率εの虚数部εiは反射波W2の振幅に依存している。
For example, in the direction of the axis L1, microwaves incident on the
オイル物性センサ1では、使用されていない基準となるエンジンオイル(バージンオイル)を伝搬したマイクロ波の位相差又は振幅差の少なくとも一方である基準値と、実際に測定された使用済みのエンジンオイル100を伝搬したマイクロ波の対応する測定値(位相差又は振幅差)とを比較して、エンジンオイル100の劣化を判定する。オイル物性センサ1では、位相差同士を比較すると共に、振幅差同士を比較している。なお、基準となるエンジンオイルに対する測定と、劣化判定されるエンジンオイル100に対する測定とにおいて、マイクロ波の伝搬距離Lwが同一となるように、エンジンオイル100の液面100aを同一として測定する。
In the oil
図2は、エンジンオイル100に含まれる残留炭素分とマイクロ波の位相差との関係を示すグラフである。横軸にエンジンオイル100に含まれる残留炭素分の濃度[%]を示し、縦軸にマイクロ波の位相差(位相の変化)[deg]を示している。このグラフは実験結果に基づくものであり、周波数が2.45GHzのマイクロ波をエンジンオイル100に入射して、底部6から内部導体4の先端に対応する位置まで伝搬し、この内部導体4の先端に対応する位置である液面100aで反射して底部6まで到達したマイクロ波を受信して、位相差を測定したものである。この位相差は、入射点P1における入射波W1の位相と、入射点P1における反射波W2の位相との差であり、マイクロ波が入射点P1と液面100aとの間を1往復して、伝搬距離Lw分、進んだときの位相のずれである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the residual carbon content contained in
図2では、直線で示されるグラフG1によって、残留炭素分とマイクロ波の位相差との関係が示されている。このときの寄与率R2は、0.9以上であり、強い相関があった。判定部18は、残留炭素分とマイクロ波の位相差との関係を示す数式を用いて、エンジンオイル100に含まれる残留炭素分を把握することができる。
In FIG. 2, the relationship between the residual carbon content and the phase difference of microwaves is shown by a graph G1 indicated by a straight line. The contribution ratio R 2 at this time was 0.9 or more, and there was a strong correlation. The
図3は、エンジンオイル100に含まれる残留炭素分とマイクロ波の振幅の減衰との関係を示すグラフである。横軸にエンジンオイル100に含まれる残留炭素分の濃度[%]を示し、縦軸にマイクロ波の振幅の減衰[dB]を示している。このグラフは実験結果に基づくものであり、周波数が2.45GHzのマイクロ波をエンジンオイル100に入射して、底部6から液面100aまで伝搬し、液面100aで反射して底部6まで到達したマイクロ波を受信して、振幅差を測定したものである。この振幅差は、入射点P1における入射波W1の振幅と、入射点P1における反射波W2の振幅との差であり、マイクロ波が入射点P1と液面100aとの間を1往復して、伝搬距離Lw分、進んだときの振幅の減衰である。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the residual carbon content contained in
図3では、直線で示されるグラフG2によって、残留炭素分とマイクロ波の振幅の減衰との関係が示されている。このときの寄与率R2は、0.9以上であり、強い相関があった。判定部18は、残留炭素分とマイクロ波の振幅の減衰との関係を示す数式を用いて、エンジンオイル100に含まれる残留炭素分を把握することができる。
In FIG. 3, the relationship between the residual carbon content and the attenuation of the microwave amplitude is shown by the graph G2 indicated by a straight line. The contribution ratio R 2 at this time was 0.9 or more, and there was a strong correlation. The
また、判定部18は、把握した残留炭素分の増加量に基づいて、エンジンオイル100に含まれる金属粉(Fe)濃度[ppm]を算出する金属粉濃度算出部としても機能する。図4は、残留炭素分の増加量と金属粉(Fe)濃度との関係を示すグラフである。横軸にエンジンオイル100に含まれた残留炭素分の増加量[points]を示し、縦軸に金属粉(Fe)濃度[ppm]を示している。このグラフは実験結果に基づくものである。残留炭素分の増加量ΔCは、例えば使用前のエンジンオイル100に含まれる残留炭素分の濃度C0[%]と、一定期間使用した後のエンジンオイル100に含まれた残留炭素分の濃度C1[%]との差である(ΔC=C1−C0)。
In addition, the
このときの残留炭素分の濃度C0,C1は、周波数が2.45GHzのマイクロ波をエンジンオイル100に入射して、入射点P1の入射波W1の位相と、入射点P1の反射波W2の位相との差(位相差)を測定し、図2に示すグラフG1に基づく数式を用いて、残留炭素分の濃度C0,C1を算出したものである。
At this time, the concentration C 0 , C 1 of the residual carbon component causes the microwave having a frequency of 2.45 GHz to be incident on the
次に、オイル物性センサ1の動作について説明する。
Next, the operation of the oil
まず、エンジンオイルを同軸共振器2の内部に充填する。エンジンオイル100は、例えば、内部導体4の上端部4aまで充填され、内部導体4の上端面とエンジンオイル100の液面100aとが一致している。これにより、内部導体4の外周面は、全てエンジンオイル100と接することになる。
First, engine oil is filled into the
次に、分析器16からマイクロ波を送信する。このとき、例えば、周波数が2.45GHzのマイクロ波を送信する。分析器16から送信されたマイクロ波は、同軸ケーブル15を通じて内部導体4に伝達される。内部導体4に伝達されたマイクロ波は、エンジンオイル貯留部の底部6からエンジンオイル100に入射される。
Next, microwaves are transmitted from the
マイクロ波は、エンジンオイル100中を軸線L1方向に伝搬されて、内部導体4の先端に対応する位置であるエンジンオイル100の液面100aで反射し、エンジンオイル100中を軸線L1方向に反対方向に伝搬されて、エンジンオイル貯留部の底部6に到達し、内部導体4で受信される。このマイクロ波は、エンジンオイル100中を伝搬する際に位相がずれ(遅れ)たり、振幅が減衰したりする。底部6まで達した反射波W2は、内部導体4で受信されて、同軸ケーブル15を通じて分析器16に受信される。
The microwaves propagate in the
分析器16で受信されたマイクロ波は、高周波回路17によって分析される。そして、マイクロ波の位相差及び振幅差を測定する。なお、高周波回路17は、マイクロ波の位相差又は振幅差の少なくとも一方を測定するものでもよい。
The microwaves received by the
続いて、判定部18は、マイクロ波の位相差又は振幅差に基づいて、エンジンオイル100が劣化しているか否かを判定する。判定部18は、図2に示すグラフG1を用いて、エンジンオイル100に含まれる残留炭素分の濃度を把握して、残留炭素分の濃度が判定閾値以上である場合に、エンジンオイル100が劣化していると判定する。または、判定部18は、図3に示すグラフG2を用いて、エンジンオイル100に含まれる残留炭素分の濃度を把握して、残留炭素分の濃度が判定閾値以上である場合に、エンジンオイル100が劣化していると判定する。なお、判定閾値は、エンジンオイル100の取替え時期を決定する際の指標となる値であり、基準となる未使用のエンジンオイル(バージンオイル)との比較、過去の実績、実験などによって決定することができる。
Subsequently, the
また、判定部18は、把握した残留炭素分の濃度に基づいて、エンジンオイル100に含まれる金属粉(Fe)濃度[ppm]を測定する。エンジンオイル100に含まれる金属粉は、エンジンが駆動されることで、金属製の部品同士(例えば、ピストン、シリンダ、コンロッド、クランクシャフト、ピン、ギアなど)が摩耗することで、生じたものである。判定部18は、図4に示される残留炭素分の増加量と金属粉濃度との関係を示すグラフG3を用いて、金属粉濃度を算出する。また、判定部18は、金属粉濃度が判定閾値以上である場合に、エンジンオイル100が劣化していると判定してもよい。
Further, the
そして、オイル物性センサ1は、エンジンオイル100が劣化していると判定した場合には、判定結果を報知する。例えば、警告ランプを点灯することで、エンジンオイル100が劣化していることを報知する。または、例えば液晶表示装置を用いて、判定結果を報知してもよい。オイル物性センサ1は、エンジンオイル100が劣化していない場合において、エンジンオイル100が正常な状態であることを報知してもよい。
Then, when it is determined that the
以上、本実施形態のオイル物性センサ1によれば、エンジンオイル100中を伝搬したマイクロ波の位相差または振幅の減衰を測定して、エンジンオイル100の劣化を判定することができる。オイル物性センサ1では、エンジンオイルに不純物が含まれている場合であっても、マイクロ波の位相差又は振幅差を測定することができる。オイル物性センサ1では、エンジンオイル100の残留炭素分を測定することができ、エンジンオイル100の劣化の判定精度を向上することができる。
As described above, according to the oil
オイル物性センサ1では、周波数が2.45GHzのマイクロ波を送信して、残留炭素分の増加を検出する。マイクロ波の周波数が0.1GHz以上25GHz以下であると、エンジンオイル中の残留炭素分の増加に対する感度を向上させて、エンジンオイルの劣化を精度良く検出することができる。
The oil
オイル物性センサ1では、オイル貯留部の底部6から入射した入射波W1と、エンジンオイル100中を伝搬し内部導体の先端に対応する位置である液面100aで反射して底部6に到達した反射波W2との位相差又は振幅差を測定するので、マイクロ波を同軸共振器2の軸線L1方向に往復させて、マイクロ波が伝搬する長さを確保している。これにより、同軸共振器2の大型化を抑制すると共に測定精度の向上が図られている。オイル物性センサ1によれば、同軸共振器2の小型化を図ることで、車両への搭載が容易となる。
In the oil
また、オイル物性センサ1は、外部導体5の上端部5bが、内部導体4の上端部4aよりも上方に突き出しており、外部導体の内径Daは、マイクロ波の波長の1/2以下の長さであるので、外部導体5の外部に漏洩するマイクロ波を低減することができ、外部の機器へのマイクロ波の影響を抑制することができる。
Further, in the oil
本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で下記のような種々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made as described below without departing from the scope of the present invention.
上記実施形態では、マイクロ波の位相差または振幅の減衰に基づいて、エンジンオイル100に含まれる残留炭素分を算出し、算出された残留炭素分が判定閾値以上であるか否かを判定しているが、マイクロ波の位相差または振幅の減衰が判定閾値以上であるか否かを判定して、エンジンオイル100の劣化を判定してもよい。
In the above embodiment, the residual carbon content contained in the
また、上記実施形態では、マイクロ波の位相差または振幅の減衰に基づいて、エンジンオイル100に含まれる残留炭素分を算出している。また、オイル物性センサ1では、マイクロ波の位相差または振幅の減衰に基づいて、エンジンオイル100に含まれる水分量を算出することも可能であり(水分量算出部)、算出された水分量が判定閾値以上である場合に、エンジンオイルが劣化していると判定してもよい。
Further, in the above embodiment, the residual carbon component contained in the
また、上記実施形態では、内部導体4の上端部4aの高さまで、エンジンオイル100を満たしているが、上端部4aより低い位置まで、エンジンオイル100を注入して、オイル物性センサ1を使用してもよく、上端部4aよりも高い位置まで、エンジンオイル100を注入してもよい。なお、エンジンオイル100の液面100aと内部導体4の上端部4aとが一致していると、残留炭素分の測定精度を向上することができる。
In the above embodiment, although the
なお、「オイルの液面」が「内部導体4の上端部4a」よりも低いときは、内部導体がオイルに接している距離が短くなるので、オイルの誘電率測定に供しない内部導体4の部分が存在することになる。反対に、「オイルの液面」が「内部導体4の上端部4a」よりも高いときは、誘電率測定に供しないオイルが存在していることになる。
When the "liquid level of oil" is lower than "the
また、上記実施形態では、送信部から送信されたマイクロ波の位相と、受信部で受信されたマイクロ波の位相とを比較して、マイクロ波の位相差を算出しているが、初期値(又は前回の値)を記憶部に記憶させておき、記憶部に記憶されているマイクロ波の位相(初期値又は前回の値)と、その後の測定において受信部で受信されたマイクロ波の位相と、を比較して位相差を算出して、オイルの物性の変化を検出してもよい。マイクロ波の振幅の減衰の算出についても、記憶部に記憶されている値(初期値又は前回の値)と、測定時において受信部で受信されたマイクロ波の振幅とを比較して、マイクロ波の振幅の減衰を算出して、オイルの物性の変化を検出してもよい。 In the above embodiment, the phase difference of the microwaves is calculated by comparing the phase of the microwaves transmitted from the transmitter with the phase of the microwaves received by the receiver. Alternatively, the previous value is stored in the storage unit, and the phase of the microwave (initial value or previous value) stored in the storage unit and the phase of the microwave received by the receiving unit in the subsequent measurement And the phase difference may be calculated to detect a change in the physical properties of the oil. For the calculation of the attenuation of the microwave amplitude, the microwaves are compared by comparing the value (initial value or previous value) stored in the storage unit with the amplitude of the microwave received by the receiving unit at the time of measurement. The change in the physical properties of the oil may be detected by calculating the attenuation of the amplitude of.
また、上記実施形態では、エンジンオイル100の劣化を判定する場合について説明しているが、オイル物性センサに適用されるオイルは、エンジンオイルに限定されず、その他の潤滑油、絶縁油、油圧作動油、燃料油など、その他のオイルでもよい。
In the above embodiment, the case of judging deterioration of the
1…オイル物性センサ、2…同軸共振器(オイル貯留部)、4…内部導体、5…外部導体、6…底部、7…開口、8…支持部、9…支持部の筒体、10…底部蓋体、13…絶縁体、14…コネクタ、15…同軸ケーブル、16…分析器、17…高周波回路(送信部(マイクロ波発振部)、受信部、測定部)、18…判定部(残留炭素分算出部、金属粉濃度算出部)、19…記憶部、100…エンジンオイル、Da…外部導体の内径、L1…外部導体の軸線、L2…外部導体の上端部分の長さ、W…マイクロ波、W1…マイクロ波の入射波、W2…マイクロ波の反射波。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記内部導体を介して前記オイルに入射されるマイクロ波を送信する送信部と、
前記オイル中を伝搬し前記内部導体の先端に対応する位置で反射した前記マイクロ波の反射波を、前記内部導体の基端部を介して受信する受信部と、
前記オイル貯留部の底部から入射した前記マイクロ波の入射波と前記位置で反射して前記オイル貯留部の前記底部に到達した前記反射波との位相差又は振幅差の少なくとも一方を測定する測定部と、を備えるオイル物性センサ。 An oil reservoir capable of storing oil between the outer conductor and the inner conductor, which has a cylindrical outer conductor and a rod-shaped inner conductor disposed on the axis of the outer conductor inside the outer conductor. A coaxial resonator,
A transmitter configured to transmit microwaves incident on the oil through the internal conductor;
A receiver configured to receive the reflected wave of the microwave, which is propagated in the oil and reflected at a position corresponding to the tip of the inner conductor, through the proximal end of the inner conductor;
A measuring unit that measures at least one of a phase difference or an amplitude difference between the incident wave of the microwave incident from the bottom of the oil reservoir and the reflected wave that is reflected at the position and reaches the bottom of the oil reservoir And an oil physical property sensor.
前記外部導体の内径は、前記マイクロ波の波長の1/2以下の長さである請求項1に記載のオイル物性センサ。 In the direction in which the axis extends, the outer conductor projects beyond the inner conductor on the opposite side of the bottom,
The oil physical property sensor according to claim 1, wherein the inner diameter of the outer conductor is a half or less of the wavelength of the microwave.
前記測定部で測定された前記位相差又は前記振幅差の少なくとも一方と、前記記憶部に格納されている対応する前記基準値とを比較して、前記オイルの劣化を判定する判定部と、を備える請求項1〜5の何れか一項に記載のオイル物性センサ。 A storage unit for storing a reference value which is information on at least one of the phase difference or the amplitude difference of the microwaves having propagated the oil serving as a reference;
A determination unit that determines deterioration of the oil by comparing at least one of the phase difference or the amplitude difference measured by the measurement unit with the corresponding reference value stored in the storage unit; The oil physical property sensor as described in any one of Claims 1-5 provided.
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