JP2003020924A - 内燃機関の潤滑油劣化検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 種々の要因による潤滑油の流量変化に影響さ
れずに、劣化に伴う粘度変化を精度良く検出できるよう
にする。 【解決手段】 オイルポンプ１により潤滑油が圧送され
る潤滑油通路４に、公知の熱線式エアフロメータと同様
の測定原理による熱線６を用いた流速計５が配置され
る。熱線制御回路８によって流速に対応する出力電圧が
得られ、その微小な変動から乱流検出部９によって乱流
発生が検出される。乱流検出時に粘度算出部１０へ信号
が送られ、ここで、そのときの流量（平均流速）に相当
する機関回転速度と、温度センサ７による潤滑油温度
と、を用いて、レイノルズの式の関係から粘度が算出さ
れる。禁止条件判定部１１によって所定の禁止条件に該
当しているか判定され、この禁止条件である場合には、
粘度算出が行われない。

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、内燃機関の潤滑
油の劣化を、その粘度に基づいて検出する潤滑油劣化検
出装置、特に、内燃機関を運転したまま粘度を検出する
ことが可能な潤滑油劣化検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車に搭載されている内燃機関
において、その潤滑油の劣化を、潤滑油をサンプルとし
て外部に取り出すことなく検出することが可能な潤滑油
劣化検出装置として、潤滑油の劣化に伴う粘度変化に着
目したものが知られている。一般に、潤滑油が劣化する
と、新油に比べて、同一温度における粘度が相対的に上
昇する。

【０００３】例えば特許第２５７６５６３号公報には、
潤滑油流路中に邪魔板によって常にカルマン渦を発生さ
せ、このカルマン渦の数を光学式センサによりカウント
することによって潤滑油の流速を求め、この潤滑油流速
から潤滑油の粘度ひいては劣化状態を判定するようにし
た劣化検出装置が開示されている。このものでは、劣化
検出装置に導入する潤滑油の圧力が一定であることを前
提としており、従って吐出圧が一定の定圧ポンプを用
い、その下流に上記の邪魔板ならびに光学式センサが配
置されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の潤滑油劣化検出
装置は、粘度変化によって潤滑油の流速が変化するとい
う原理を利用しているが、この劣化検出装置が実際の潤
滑油の循環経路つまりオイルポンプから被潤滑部に至る
流路に配設されたとすると、潤滑油の流速つまり流量
が、粘度のみならず他の要因によって非常に不安定であ
ることから、到底高精度な検出は行えない。例えば、潤
滑油が漏洩する被潤滑部の隙間、各部のオリフィスの寸
法、などのばらつきによって潤滑油流量の個体差が非常
に大きい。また、一般に内燃機関では、潤滑油の油圧が
種々の油圧アクチュエータの油圧原として利用されてお
り、そのアクチュエータのＯＮ，ＯＦＦの切換などに伴
って一時的な流量変化が発生するので、これが劣化検出
装置における流速変化に影響し、検出精度を著しく悪化
させてしまう。

【０００５】従って、この従来の劣化検出装置では、劣
化検出のための独立した潤滑油回路を設けて、ここに一
定圧力で安定的に潤滑油を通流させない限りは、高精度
な検出は到底不可能である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る内燃機関
の潤滑油劣化検出装置は、請求項１のように、潤滑油が
流れる流路のある位置における乱流の発生を検出する乱
流検出手段と、この乱流が発生したときの潤滑油の流速
を検出する流速検出手段と、潤滑油の温度を検出する温
度検出手段と、を備え、乱流が発生したときの潤滑油の
流速および温度から潤滑油の粘度を求めるようにしたこ
とを特徴としている。

【０００７】より具体的な請求項２の発明においては、
上記乱流検出手段は、潤滑油流路に配置された熱線式な
いしは熱膜式の流速計を備え、その出力信号から層流で
あるか乱流であるかを判別するようになっている。

【０００８】潤滑油のような粘性流体が流路内を流れる
ときに、流速が低いと層流となり、流速が高いと乱流と
なるが、この流れの状態は、平均流速をｖ、粘度（動粘
度）をν、通路（管）の内径をｄとして、Ｒｅ＝ｖｄ／
νで表されるレイノルズ数Ｒｅによって定まることが知
られている。つまり、レイノルズ数が所定の臨界レイノ
ルズ数よりも小さければ流れは層流となり、臨界レイノ
ルズ数に達すると、乱流となる。

【０００９】潤滑油の劣化に伴う粘度変化に対し、乱流
に変わるときの臨界レイノルズ数ならびに通路内径ｄ
は、一定であるので、上記の式の関係から、粘度νが変
化すると、これに伴って、乱流に変化するときの平均流
速ｖが変化することになる。

【００１０】本発明はこのような原理に基づいており、
乱流検出手段によって乱流の発生が検出されたときの潤
滑油の流速（つまり平均流速ｖ）を求め、これから粘度
を求めている。この粘度は、勿論温度によって異なるも
のとなるので、同時に、潤滑油温度を検出し、この潤滑
油温度を考慮して、最終的に所定温度での粘度が求めら
れる。

【００１１】乱流の発生は、請求項２のように、例え
ば、熱線式ないしは熱膜式の流速計を用いて、測定プロ
ーブとなる熱線ないしは熱膜の付近の局部的な微小流速
変化として正確に検出することが可能である。上記の流
速計は、内燃機関の吸入空気量を検出する公知のエアフ
ロメータと同様の原理によるものであり、流れに露出し
た熱線ないしは熱膜が所定の温度平衡を維持するよう
に、通電、加熱され、局部的な流速に対応する出力電圧
が得られる。そして、この出力信号は、流れが層流であ
れば、安定した平滑なものとなるのに対し、乱流発生時
には、渦による流速変化により微小変動するので、これ
によって、乱流発生が高精度に検出される。なお、この
ほか、例えば光学式センサなどによって乱流発生を検出
することも可能である。

【００１２】本発明の潤滑油劣化検出装置においては、
請求項３のように、所定の禁止条件のときには粘度の検
出を行わないことが望ましい。

【００１３】上記禁止条件は、例えば請求項４のよう
に、低油温時、高油温時、始動から所定期間内、暖機完
了から所定期間内、失火検出から所定期間内、車両の急
加速時、車両の急減速時、車両の登坂時、車両の降坂
時、の少なくとも一つである。

【００１４】例えば、低油温時には、非常に粘度が高い
ので、乱流が発生しにくく、またポンプ流量の変化も大
きなものとなって、検出精度が低下する。高油温時に
は、潤滑油中への気泡混入が生じ、熱線式（熱膜式）流
速計の場合には、その気泡が出力に悪影響を与えるの
で、やはり検出精度が低下する。

【００１５】また始動直後は、気泡の影響や、各部の潤
滑油が下方へ落ちていることがあり、潤滑油系での圧力
損失が低いことから、流量が増加したり、あるいは各部
の圧力損失の変化で流量の変化が生じたりしやすく、検
出精度が低下しやすい。

【００１６】低温始動後、暖機が完了して十分な時間が
経過するまでの間、あるいは失火検出の直後は、潤滑油
内に燃焼室から未燃の燃料が混入することがあり、一時
的に潤滑油の粘度が低下することがあり、劣化と誤判定
しやすい。

【００１７】また車両の急加速時、急減速時、登坂時、
降坂時などには、オイルパン内で潤滑油が揺動し、オイ
ルレベルが低いとオイルポンプにエアないしはガスが混
入し易く、やはり検出精度が低下する。

【００１８】従って、このような条件の場合に、粘度検
出を禁止することで、検出精度の低下、ひいては劣化の
誤判定を回避できる。

【００１９】潤滑油の流速（つまり平均流速ｖ）を検出
する流速検出手段としては、何らかのセンサによって流
速を直接的に検出するもののほか、流速を間接的に推定
するものを含む。例えば、自動車用内燃機関において
は、一般に、内燃機関により機械的に駆動される容積形
のオイルポンプが用いられているが、このような場合に
は、上記流速検出手段は、機関回転速度から流速を求め
ることができる。つまり、オイルポンプでの漏れがない
ものと仮定すれば、その流量は、機関回転速度に比例す
る。勿論、プレッシャレギュレータの下流側では、プレ
ッシャレギュレータを介して排出される流量の影響を受
けるので、機関回転速度を流速を示すパラメータとして
用いる場合には、プレッシャレギュレータよりも上流側
で粘度検出を行う必要がある。また、オイルポンプで生
じる漏れは、極低速域では若干大きくなるものの、実用
回転域以上では小さく、しかもその大きさが安定してい
る。また漏れ自体が小さいことから、油圧による漏洩量
の変動も大きな影響とはならない。従って、機関回転速
度を流速を示すパラメータとすることで、高い精度が得
られる。

【００２０】さらに、請求項６の発明は、上記流速計の
出力信号に基づいて潤滑油中への気泡混入を検出する気
泡検出手段を有しており、この気泡混入の検出から所定
期間経過するまで粘度の検出を禁止することを特徴とし
ている。

【００２１】潤滑油中に気泡が混入していると、この気
泡の通過によって流速計の出力が比較的大きく低下す
る。従って、流速計の出力信号に基づき、気泡混入を直
接に検出することができ、例えば気泡が混入しやすい運
転条件の特定等を要さずに、気泡混入による精度低下を
回避できる。

【００２２】

【発明の効果】この発明に係る内燃機関の潤滑油劣化検
出装置によれば、下流側の被潤滑部での漏洩による流量
変化等に影響を受けることなく、潤滑油の劣化に伴う粘
度変化を高精度に検出することができる。

【００２３】特に請求項５のように流速を示すパラメー
タとして機関回転速度を用いることが可能であり、比較
的簡単な構成で、高精度な劣化検出を実現できる。

【００２４】また、請求項３，４のように特定の条件下
では検出を禁止することによって、誤判定を回避でき、
一層精度が向上する。

【００２５】さらに、請求項６の発明によれば、流速計
の出力信号に基づいて気泡の混入を検出でき、その間、
粘度検出を禁止することで、検出精度の向上が図れる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【００２７】図１は、この発明に係る潤滑油劣化検出装
置のシステム構成図であって、内燃機関の潤滑装置とし
てオイルポンプ１がオイルパン２内の潤滑油をオイルス
トレーナ３を介して吸い上げ、かつ潤滑油通路４を通し
て機関各部へ圧送するようになっている。上記オイルポ
ンプ１は、容積型ポンプ例えば歯車式ポンプであり、機
関のクランクシャフトによって機械的に駆動されてい
る。つまり、このオイルポンプ１は、機関回転速度に同
期した形で回転する。機関各部に供給される潤滑油の油
圧を一定圧力とするために、一般に、上記潤滑油通路４
に、プレッシャレギュレータ（図示せず）が配設されて
いるが、粘度検出のための流速計５が、この図示せぬプ
レッシャレギュレータの上流側に設けられている。

【００２８】上記流速計５は、公知の熱線式エアフロメ
ータと同様の測定原理によるものであって、測定プロー
ブとして熱線６を備えるとともに、これと並んで温度セ
ンサ７を有しており、熱線制御回路８によって、所定の
温度平衡を維持するように熱線６に通電されることで、
流速に対応する出力電圧が得られるようになっている。
この熱線制御回路８から得られた出力信号は、乱流検出
部９に入力され、ここで乱流が発生したか否かが判定さ
れる。そして、乱流検出時に粘度算出部１０へ信号が送
られ、ここで、そのときの流量（平均流速）に相当する
機関回転速度と、上記温度センサ７が検出した潤滑油温
度と、を用いて、粘度が算出される。具体的には、上記
乱流検出部９は、上記熱線制御回路８からの出力信号を
フィルタリングするとともに、半波整流し、その半波整
流後の信号の大きさから乱流発生を検出している。な
お、上記温度センサ７は、流速検出の際の温度補償と粘
度検出の基礎となる温度の検出とを兼ねている。また、
禁止条件判定部１１によって運転条件等が所定の禁止条
件に該当しているか判定され、この禁止条件である場合
には、粘度算出が行われないようになっている。上記乱
流検出部９、粘度算出部１０および禁止条件判定部１１
の一部の機能は、後述するように、マイクロコンピュー
タによる一連のプログラムによって実現されている。

【００２９】図２は、熱線６を用いた流速計５の出力信
号の特性を示しており、図示するように、潤滑油の流速
に応じて出力電圧が変化するが、流速が大きな領域で
は、乱流が発生し、その結果、出力電圧がある範囲内で
変動するようになる。

【００３０】図３は、フィルタ通過後の信号波形ならび
に半波整流後の信号波形を示しており、図示するよう
に、潤滑油の流れが層流であれば、信号波形は平滑であ
り、従って半波整流後の出力は小さく、これに対し、潤
滑油の流れが乱流となると、信号波形は大きく変化し、
半波整流後の出力は大きな値となる。

【００３１】次に、図４および図５に基づいて、粘度検
出の処理の流れを説明する。

【００３２】先ず図４のステップ１において、温度セン
サ７が検出した油温Ｔ０を読み込み、ステップ２におい
て、流速計５の半波整流後の電圧Ｖ０を読み込む。ステ
ップ３では、この電圧Ｖ０を、乱流と判定する所定の閾
値♯Ｒ０と比較する。電圧Ｖ０が閾値♯Ｒ０以上であれ
ば乱流発生とみなす。なお、上記の閾値♯Ｒ０は、固定
値であってもよく、あるいは機関運転条件等に応じて可
変的に設定される値とすることもできる。閾値♯Ｒ０未
満であれば層流であるので、図４の処理をそのまま終了
する。この図４のルーチンは、例えば一定時間毎に繰り
返し実行される。

【００３３】ステップ３で乱流を検出した場合、ステッ
プ４で、初回であるか否かを判定する。これは、乱流が
発生した瞬間の流れの状態に着目して、臨界レイノルズ
数の関係から粘度を求めようとしているためであり、初
回のみステップ５以降へ進む。ステップ５は、図５に詳
細に示す禁止条件の判定処理であり、これについては後
述する。ステップ６では、この禁止条件に該当している
か否か、つまり粘度の算出が許可されているかを判定す
る。禁止条件でなければ、ステップ７へ進み、機関回転
速度Ｎｅと油温Ｔ０とから、図６に示すような所定のマ
ップに基づいて、粘度ＳＴ０を求める。なお、図７に示
すように、歯車式ポンプからなるオイルポンプ１では、
機関回転速度Ｎｅにほぼ比例して流量が定まる。

【００３４】最後にステップ８において、メモリされて
いた前回の粘度の値ＳＴ_n-1と、新たに求めた粘度ＳＴ
０と、加重平均係数♯Ｆと、を用いて、加重平均により
粘度ＳＴを求める。このように加重平均を求めることに
よって、劣化に伴って徐々に変化していく粘度を精度良
く検出することができる。潤滑油の劣化の判定は、この
粘度ＳＴの値に基づいて行われるが、この劣化判定とし
ては、例えば粘度が所定値を超えたら劣化とみなす方
法、交換直後の粘度の初期値を記憶しておき、その粘度
の経時的な変化量もしくは変化割合から劣化と判定する
方法、など種々の方法が可能である。

【００３５】図５は、上述したように、いくつかの禁止
条件の判定を行っている。ステップ１１では、油温Ｔ０
が所定の下限値♯Ｔ０ＭＮと上限値♯Ｔ０ＭＸとの間に
あるか判定する。過度に低温の場合および過度に高温の
場合は、ステップ２０に進んで粘度計算を禁止する。ス
テップ１２では、機関の始動から所定時間が経過したか
を判定し、経過するまではステップ２０で計算を禁止す
る。ステップ１３では、急加速あるいは急減速であるか
を判定し、ステップ１４では、登坂状態または降坂状態
であるかを判定する。これらの場合には、やはり計算を
禁止する。ステップ１５では、始動時水温ＴＷＳを所定
の閾値♯Ｔ０ＩＬと比較し、これより高い高温再始動の
場合には、計算を禁止する。ステップ１６では、始動後
の経過時間が所定の禁止時間♯ＴＭＳＴを超えたか判定
し、これまでは計算を禁止する。また、ステップ１７で
は、失火状態であるか判定しており、失火状態であれ
ば、やはり計算を禁止する。さらに、ステップ１８で、
この失火と検出してから所定時間が経過したかを判定
し、その経過までは計算を禁止する。以上の各禁止条件
に該当しない場合は、ステップ１９に進み、粘度の計算
を許可する。なお、失火は、例えばクランクシャフトの
微小な回転変動に基づいて検出される。

【００３６】次に、図９は、禁止条件の判定処理の異な
る実施例を示している。この実施例は、潤滑油中へのガ
スの混入が問題となる車両の急激な姿勢変化に対応した
前述したステップ１３，１４に代えて、ガスの混入を直
接に検出するようにしたものであって、ステップ１３Ａ
において、流速計５のフィルタ通過後の出力が所定の閾
値ＬＡＩＲ以下となったかを判定し、さらにステップ１
４Ａにおいて、この閾値ＬＡＩＲ以下となった時点から
所定時間が経過したかを判定し、その間、計算を禁止す
る。すなわち、潤滑油中にガスが混入すると、気泡が熱
線６を通過したときに、気体のため熱伝達が小さく、図
８に示すように、出力が一時的に急激に低下する現象を
生じる。ステップ１３Ａでは、これを閾値ＬＡＩＲと比
較して検出する。つまり、流速計５の出力自体から、ガ
スの混入を直接に検出することができ、これによる精度
低下が回避される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る潤滑油劣化検出装置のシステム
構成を示す構成説明図。

【図２】熱線式流速計の出力と流速との関係を示す特性
図。

【図３】流速計のフィルタ通過後および半波整流後の出
力波形を示す波形図。

【図４】粘度検出の処理の流れを示すフローチャート。

【図５】禁止条件の判定の流れを示すフローチャート。

【図６】粘度のマップの特性を示す特性図。

【図７】機関回転速度とオイルポンプ流量との関係を示
す特性図。

【図８】気泡混入時の熱線式流速計の出力変化を示す特
性図。

【図９】禁止条件の判定処理の異なる実施例を示すフロ
ーチャート。

【符号の説明】

１…オイルポンプ ４…潤滑油通路 ５…流速計 ６…熱線 ７…温度センサ ８…熱線制御回路 ９…乱流検出部 １０…粘度算出部 １１…禁止条件判定部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 潤滑油が流れる流路のある位置における
   乱流の発生を検出する乱流検出手段と、この乱流が発生
   したときの潤滑油の流速を検出する流速検出手段と、潤
   滑油の温度を検出する温度検出手段と、を備え、乱流が
   発生したときの潤滑油の流速および温度から潤滑油の粘
   度を求めるようにしたことを特徴とする内燃機関の潤滑
   油劣化検出装置。
2. 【請求項２】 上記乱流検出手段は、潤滑油流路に配置
   された熱線式ないしは熱膜式の流速計を備え、その出力
   信号から層流であるか乱流であるかを判別するようにし
   たことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の潤滑油
   劣化検出装置。
3. 【請求項３】 所定の禁止条件のときには粘度の検出を
   行わないことを特徴とする請求項１または２に記載の内
   燃機関の潤滑油劣化検出装置。
4. 【請求項４】 上記禁止条件は、低油温時、高油温時、
   始動から所定期間内、暖機完了から所定期間内、失火検
   出から所定期間内、車両の急加速時、車両の急減速時、
   車両の登坂時、車両の降坂時、の少なくとも一つである
   ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の潤滑油劣
   化検出装置。
5. 【請求項５】 上記内燃機関により機械的に駆動される
   オイルポンプを有し、上記流速検出手段は、機関回転速
   度から流速を求めることを特徴とする請求項１〜４のい
   ずれかに記載の内燃機関の潤滑油劣化検出装置。
6. 【請求項６】 上記流速計の出力信号に基づいて潤滑油
   中への気泡混入を検出する気泡検出手段を有し、この気
   泡混入の検出から所定期間経過するまで粘度の検出を禁
   止することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の潤
   滑油劣化検出装置。