JP2004340806A - 粒子濃度検出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】粒子濃度の検出に際して発光部や受光部の特性変化による悪影響を抑えて粒子濃度を精度よく検出することのできる粒子濃度検出方法を提供する。
【解決手段】液体を透過した発光部３Ｌの発光量を受光部３Ｒで検出し、この検出された透過光量を用いて液体に混入した粒子の濃度を検出する粒子濃度検出方法において、第１の光路長Ｌ１の光について測定された透過光量ＯＵＴ１と、第２の光路長Ｌ２の光について測定された透過光量ＯＵＴ２との比に基づいて液体の粒子濃度を検出する。
【選択図】 図５
【解決手段】液体を透過した発光部３Ｌの発光量を受光部３Ｒで検出し、この検出された透過光量を用いて液体に混入した粒子の濃度を検出する粒子濃度検出方法において、第１の光路長Ｌ１の光について測定された透過光量ＯＵＴ１と、第２の光路長Ｌ２の光について測定された透過光量ＯＵＴ２との比に基づいて液体の粒子濃度を検出する。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液体の透過光量に基づいて同液体の粒子濃度を検出する粒子濃度検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば機関潤滑油に混入した煤の濃度等、液体中の粒子濃度をその液体の光透過特性、具体的には同液体を透過可能な透過光の光量に基づいて検出するようにしたものが知られている。この検出方法では発光部から液体に向けて光を照射し、同液体を透過する透過光の光量を受光部で検出するようにしている。発光部から照射された光の一部は、液体に混入した粒子によって吸収されるため、受光部で検出される透過光量は液中粒子の量に応じたものとなる。従って、この透過光量に基づいて粒子濃度を検出することができる。
【０００３】
ところで、図１２に例示するように、発光部の発光光量はその環境温度が高くなるほど減少するため、受光部で検出される透過光の光量もこれに応じて減少する傾向にある。従って、粒子濃度を精度よく検出する上では、こうした発光部の温度変化に起因する検出部（発光部及び受光部）の特性変化を抑制するのが望ましい。
【０００４】
そこで、特許文献１に記載の装置では、液体（潤滑油）を収容する容器と発光部との間、及び同容器と受光部との間をそれぞれ光ファイバで接続することにより、潤滑油の熱によって発光部や受光部の温度が変化するのを極力回避するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−７４８３２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この装置によれば、潤滑油の熱によって検出部の温度が変化するのを回避して、それに起因する検出部の特性変化を抑制することができる。但し、この装置はあくまで潤滑油の熱による悪影響に着目したものであるため、それ以外の要因に起因して検出部の特性変化が生じる場合にはこれに対処することができない。すなわち、上記従来の検出方法にあっては、発光に際して生じる熱や、検出部に付着する汚れ、或いは経時変化等に起因して検出部の特性が変化したような場合にそれによる悪影響が避けきれず、この点においてなお改良の余地を残すものとなっていた。
【０００７】
この発明はこうした事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、粒子濃度の検出に際して発光部や受光部の特性変化による悪影響を抑えて粒子濃度を精度よく検出することのできる粒子濃度検出方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
請求項１に記載の発明は、発光部から液体に光を照射するとともに同液体を透過する透過光の光量を受光部で検出し、この検出された透過光量に基づいて前記液体に混入した粒子の濃度を検出する粒子濃度検出方法において、異なる光路長の光について前記透過光量を測定し、この測定される透過光量の差違に基づいて前記液体の粒子濃度を検出することをその要旨とする。
【０００９】
まず、上記光路長とは上記発光部と受光部との間の距離をいう。さて、上記構成では、異なる光路長の光についてその透過光量をそれぞれ測定するようにしている。ここで、粒子濃度が高くなるほど各光路長で測定された透過光量は減少するが、一方の光路長と比較して長い光路長で測定された透過光量は、その距離差に含まれる粒子量に相当する分だけ、該一方の光路長（短い光路長）で測定された透過光量よりも多く減衰される。そのため、粒子濃度が高くなるほど、短い光路長で測定された透過光量の低下率と比較して、長い光路長で測定された透過光量の低下率は大きくなる。このように、異なる光路長でそれぞれ測定された透過光量の差違は粒子濃度と相関関係にあるため、これら透過光量の差違に基づいて粒子濃度を検出することができる。
【００１０】
ここで、発光部の発光量が変化するとその変化分は各透過光量に同様に反映されるため、透過光量の差違を好適に求めることにより同変化分は容易に除去することができる。換言すれば、透過光量の差違に基づいて粒子濃度を検出することにより、発光部の発光量を知ることなく粒子濃度の検出を行うことができるようになる。そのため、上記構成によれば、粒子濃度の検出に際して発光部の特性変化による悪影響を抑えて粒子濃度を精度よく検出することができるようになる。
【００１１】
また、受光部の環境温度によってその出力特性等が変化する場合でも、その変化分は各透過光量の検出値に同様に反映されるため、透過光量の差違を好適に求めることにより同変化分は容易に除去することができる。そのため、上記構成によれば粒子濃度の検出に際して受光部の特性変化による悪影響を抑えて粒子濃度を精度よく検出することもできるようになる。
【００１２】
このような透過光量の差違を求める好適な態様としては、請求項２に記載の発明によるように、異なる光路長の光について測定された各透過光量の比に基づいて前記液体の粒子濃度を検出する、といった態様を採用することにより、透過光量を用いた粒子濃度の検出に際して、発光部や受光部の特性変化が粒子濃度の検出に与える悪影響を確実に抑えることができるようになる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、発光部から液体に光を照射するとともに同液体を透過する透過光の光量を受光部で検出し、この検出された透過光量に基づいて前記液体に混入した粒子の濃度を検出する粒子濃度検出方法において、異なる光路長の光について前記透過光量を測定し、この測定される各透過光量の比及び各光路長の比から求められる透過率に基づいて前記液体の粒子濃度を検出することをその要旨とする。
【００１４】
異なる光路長の比が１：ｎであるとき、「１」に該当する光路長における透過光量Ａは、その光路長における光の透過率を透過率αとした場合に次式（１）で表すことができる。
【００１５】
透過光量Ａ＝発光部の発光量×（透過率α／１００） …（１）
また、「ｎ」に該当する光路長における透過光量Ｂは、次式（２）で表すことができる。
【００１６】
透過光量Ｂ＝発光部の発光量×（透過率α／１００）ｎ …（２）
そして、上記式（１）及び式（２）から次式（３）が得られる。
【００１７】
（透過率α／１００）ｎ−１＝透過光量Ｂ／透過光量Ａ …（３）
そして式（３）から次式（４）が得られる。
【００１８】
透過率α＝（透過光量Ｂ／透過光量Ａ）１／ｎ−１×１００ …（４）
この式（４）から分かるように、異なる光路長の比が１：ｎである場合、この各光路長の比、及び各光路長で測定される各透過光量の比を用いて透過率αを求めることができる。そして、周知のように液体における光の透過率と粒子濃度とは相関関係にあるため、透過率を求めることで粒子濃度を求めることができる。
【００１９】
このように透過光量の差違に基づいて粒子濃度と相関関係にある値（透過率）を求めると、上述したように発光部や受光部の特性変化が粒子濃度の検出に与える悪影響を抑えることができるようになる。従って、上記請求項３に記載の構成によっても、粒子濃度の検出に際して発光部や受光部の特性変化による悪影響を抑えて粒子濃度を精度よく検出することができるようになる。
【００２０】
なお、上記光路長の比については請求項４に記載の発明によるように、前記異なる光路長の光として少なくとも２種類の光を用い、それら光路長の比が１：２に設定される、といった設定態様を採用することにより、上記透過率を容易に算出することができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の粒子濃度検出方法において、駆動機構によって前記発光部または受光部のうちの少なくとも一方を他方に向けて往復移動させて光路長を変更することをその要旨とする。
【００２２】
同構成によれば、駆動機構によって発光部または受光部のうちの少なくとも一方が他方に向けて往復移動されることにより、光路長が変更される。そのため、同一の発光部及び受光部を用いて異なる光路長における透過光量を測定することができ、発光部や受光部の個体差が粒子濃度の検出精度に与える影響を排除することができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の粒子濃度検出方法において、前記発光部及び受光部で構成される検出部を複数用い、それら各検出部における検出に際して発光部から液体に照射される光の光路長が異なることをその要旨とする。
【００２４】
同構成によれば、発光部または受光部のうちの少なくとも一方を移動させることなく、異なる光路長における透過光量を測定することができる。そのため、光路長の変更に際しての発光部や受光部の位置ずれが生じず、光路長の精度を高く維持することができるようになり、もって粒子濃度の検出に際してばらつきを抑制することができるようになる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、この発明にかかる粒子濃度検出方法を具体化した第１の実施形態について、図１〜図８に基づき詳細に説明する。
【００２６】
図１は、車載内燃機関に取り付けられた本実施形態における粒子濃度検出装置の構成を示す概略図である。
内燃機関５０は、周知のように、吸気通路から吸入される空気及び燃料噴射弁から噴射される燃料からなる混合気をシリンダ及びピストンによって区画形成される燃焼室に吸入する。そして、この混合気は燃焼室に備えられる点火プラグにより点火されて燃焼され、燃焼後は排気ガスとして前記燃焼室から排気通路へ排出される。また、内燃機関５０には潤滑油が貯留されており、この潤滑油は潤滑通路５１を介して同機関の可動部等に供給される。
【００２７】
さて、本実施形態における粒子濃度検出装置は内燃機関５０の潤滑油を検査対象液とし、その透過光量を用いて同潤滑油に混入した粒子（例えば煤等）の濃度を検出するようにしている。
【００２８】
上記粒子濃度検出装置は、検出機構３、制御装置８、表示部９、及び警報機構１０等から構成されている。
検出機構３は検査対象液の透過光量を検出する機構であり、上記潤滑通路５１の途中に配設されている。図２は、この検出機構３について、検査対象液の流れ方向における断面を模式的に示している。この図２に示すように、検出機構３は大きく分けてボディー３ａ、発光部３Ｌ、受光部３Ｒ、及び駆動機構３ｉ等から構成されている。
【００２９】
ボディー３ａはその内部に検査対象液が流通する流路３ｂが形成されており、その開口部には潤滑通路５１が接続されている。そして発光部３Ｌ及び受光部３Ｒは流路３ｂの壁面に互いに対向するように配設されている。
【００３０】
発光部３Ｌは検査光を検査対象液に向けて照射する部分であり、発光素子３ｃ、発光部導光体３ｄ等から構成されている。発光素子３ｃは検査光を発光する素子であり、上記制御装置８から駆動回路を介して所定の電圧が印加されることにより、一定光量の光を発する。ちなみに本実施形態ではこの発光素子３ｃとしてＬＥＤ（発光ダイオード）を用いている。この発光素子３ｃは発光部導光体３ｄに囲まれており、この発光部導光体３ｄにあって流路３ｂ側の先端には発光素子３ｃから発せられた検査光を平行光にするためのレンズ３ｅが設けられている。このレンズ３ｅによって発光素子３ｃから発せられる検査光のほとんどが発散されることなく検査対象液に向けられる。
【００３１】
受光部３Ｒは発光部３Ｌから発せられた検査光が検査対象液を透過した後の光量、すなわち検査対象液を透過する透過光の光量である透過光量を検出する部分であり、受光素子３ｇ及び受光部導光体３ｈ等から構成されている。受光素子３ｇは検査対象液を透過した上記検査光、すなわち透過光を受光してその光量を検出する素子であり、本実施形態ではフォトダイオードを用いている。この受光素子３ｇでは受光量が増大するほど出力は大きくなるため、透過光量に応じた出力を得ることができる。そして受光素子３ｇの出力は上記制御装置８の増幅回路に入力される。受光素子３ｇの流路３ｂ側には受光部導光体３ｈが設けられている。受光部導光体３ｈは、検査対象液を透過した透過光を平行光の状態で受光素子３ｇに到達させるためのレンズになっている。なお、検査対象液を透過した透過光を受光素子３ｇに集光させる集光レンズを用いてもよい。
【００３２】
ちなみに、上記発光部導光体３ｄ及び受光部導光体３ｈは検査対象液に曝されるため、耐高温性及び耐薬品性に優れた材質が要求される。また、透過光の減衰を極力抑えるために透過率の高いもの、望ましくは発光素子３ｃから発せられる光の波長において９０％以上の透過率を有するものがよい。そこで、本実施形態では発光部導光体３ｄ及び受光部導光体３ｈの材質として石英ガラスを選定している。
【００３３】
上記発光部３Ｌにおいて流路３ｂの反対側には駆動機構３ｉが設けられている。この駆動機構３ｉは発光部３Ｌを受光部３Ｒの方向に向けて移動させることにより同発光部３Ｌと受光部３Ｒとの間の距離、すなわち光路長を調整する機構である。なお、本実施形態では、駆動機構３ｉによってその位置が調整された後の発光部３Ｌのレンズ３ｅと受光部導光体３ｈとの最短距離を便宜的に光路長という。そしてこの駆動機構３ｉはモータ等のアクチュエータと同アクチュエータの駆動量を発光部３Ｌに伝達する伝達機構とを備えており、アクチュエータの駆動量は上記制御装置８からの信号によって制御される。このように本実施形態にかかる粒子濃度検出装置では、上記光路長を自由に変更することができるようにしている。
【００３４】
他方、本実施形態では光の波長が９００ｎｍ以上の赤外光を発光するＬＥＤが上記発光素子３ｃに採用されている。その理由を図３、図４を併せ参照して説明する。
【００３５】
図３は、工業用カーボンが０．０１ｗｔ％混入された潤滑油の透過率と光の波長との関係を模式的に示している。なお、透過率は「（受光素子３ｇの受光量／発光素子３ｃの発光量）×１００（％）」で表される。
【００３６】
この図３に示されるように、波長が短くなるほど透過率は低下する傾向にある。これは検査光の波長が短くなるほど、液中粒子による光の吸収量や散乱量が増大し、受光素子３ｇに同検査光が届きにくくなるためである。従ってこの図３に示される傾向から、粒子濃度の高い液体の透過光量を検出するには、波長の長い光を利用した方がよいことがわかる。
【００３７】
図４は、潤滑油の粒子濃度と透過率との関係について光の波長を種々変更した場合の変化傾向を模式的に示している。この図４に示されるように、波長が長くなるほど粒子濃度に対する透過率は高くなる傾向にあり、検出可能な粒子濃度の範囲は高濃度領域側に広くなる傾向にある。換言すれば検出可能な粒子濃度の上限値が大きくなる傾向にある。
【００３８】
一方、波長が短くなるほど、高濃度領域では粒子濃度の差違に起因する透過率の変化は小さくなる。このため波長が短くなるほど高濃度領域にある粒子濃度を検出することは困難になり、検出可能な粒子濃度の範囲は狭くなる。しかし同図４に示されるように、低濃度領域では波長が短くなるほど粒子濃度の差違に起因する透過率の変化は大きくなる傾向にあるため、わずかな粒子濃度の違いにも反応する検出精度の高い検出機構３を得ることができる。すなわち、波長が長くなるほどより高濃度の粒子濃度を検出することができる一方、波長が短くなるほど低濃度領域における粒子濃度の検出精度を向上させることができる。これらの点を考慮し、本実施形態では９００ｎｍ以上の波長を発光する赤外光ＬＥＤを上記発光素子３ｃに採用することで、幅広い粒子濃度を精度よく検出することができるようにしている。
【００３９】
上記制御装置８は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心として構成されている。この制御装置８は検出機構３の検出結果等を演算処理して検査対象液の粒子濃度を算出するとともに、その演算結果、例えば検出された粒子濃度等を表示部９に表示する。また、制御装置８は検出された粒子濃度と所定値とを比較し、場合によっては警報機構１０から警報を発する。
【００４０】
さて、このように構成された粒子濃度検出装置では、受光部３Ｒで検出される透過光量を用いて液中の粒子濃度が算出される。ここで、先の図１２に示したように、発光素子３ｃの環境温度が高くなるにつれて、同発光素子３ｃの発光量は低下するようになる。そのため、粒子濃度がある一定の値であったとしても、発光素子３ｃの環境温度が変化すれば受光素子３ｇで検出される透過光量も変化してしまうおそれがある。従って、透過光量を用いた粒子濃度の検出に際してその検出精度を高めるためには、発光素子３ｃの発光量も取得する必要がある。この発光素子３ｃの発光量を取得するには、例えば次のようなものが考えられる。
【００４１】
取得例１．発光素子３ｃの環境温度と発光量との関係が設定されたマップを予め用意しておく。そして発光素子３ｃの環境温度を温度センサ等で測定し、この測定された環境温度と上記マップから発光素子３ｃの発光量を推定するようにする。
【００４２】
取得例２．例えば図１３に示すように、発光素子３ｃから発せられる検査光の一部を反射板１３０等で反射させて、この反射光の光量を受光素子１２２で検出するようにする。
【００４３】
これら各取得例のようにすれば発光素子３ｃの発光量を把握することはできる。しかし、上記各取得例では発光量を間接的に取得しており、直接検出しているわけではないため、その精度には自ずと限界がある。従って粒子濃度の検出に際しては、発光量の検出精度や推定精度に起因する誤差が生じるおそれがある。また、温度センサや受光素子１２２といったセンサ類を別途設ける必要もある。
【００４４】
他方、発光部への汚れの付着、発光部の経時劣化等によっても発光部の発光特性は変化するため、この場合にも精度よく粒子濃度を検出することは困難になる。このように、発光素子３ｃの環境温度の変化、発光部３Ｌへの汚れの付着、発光部３Ｌの経時劣化等によって発光部３Ｌの発光特性が変化すると粒子濃度を精度よく検出することが困難になるおそれがある。
【００４５】
そこで本実施形態における粒子濃度検出装置では、発光素子３ｃの発光量を知ることなく粒子濃度を検出することにより、発光部３Ｌや受光部３Ｒの特性が変化する場合であっても、粒子濃度を精度よく検出することができるようにしている。
【００４６】
以下、本実施形態における粒子濃度検出装置によって行われる粒子濃度検出方法について、図５を併せ参照して説明する。
まず、発光部３Ｌの発光量を発光量ＩＮ１とし、第１の光路長Ｌ１において受光部３Ｒで検出される透過光量を透過光量ＯＵＴ１とすると、第１の光路長Ｌ１における光の透過率α１は次式（５）で表すことができる。
【００４７】
α１＝（ＯＵＴ１／ＩＮ１）×１００ …（５）
そして、第１の光路長Ｌ１よりも長い距離が設定された第２の光路長Ｌ２（Ｌ２＞Ｌ１）において、受光部３Ｒで検出される透過光量を透過光量ＯＵＴ２とすると、第２の光路長Ｌ２における光の透過率α２は次式（６）で表すことができる。なお、第１の光路長Ｌ１で透過光量ＯＵＴ１を検出した後、引き続き第２の光路長Ｌ２で透過光量ＯＵＴ２を検出すれば、発光部３Ｌの環境温度がほぼ同一の状態で透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２の検出を行うことができる。そのため、この場合には透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２が検出されるときの発光量ＩＮ１もほぼ同一であると考えることができる。
【００４８】
α２＝（ＯＵＴ２／ＩＮ１）×１００ …（６）
そして、上記式（５）及び式（６）から次式（７）が得られる。
【００４９】
α２／α１＝ＯＵＴ２／ＯＵＴ１（＝Ｒ） …（７）
この式（７）から分かるように、実際に測定することのできる透過光量ＯＵＴ２と透過光量ＯＵＴ１との比から、透過率α１と透過率α２との比（以下、式（７）から得られる値を透過比Ｒという）を求めることができる。
【００５０】
ここで、粒子濃度ＲＮが高くなるほど透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２は減少するが、第２の光路長Ｌ２は第１の光路長Ｌ１よりも距離が長く設定されているため、透過光量ＯＵＴ２は、この距離差に含まれる粒子量に相当する分だけ透過光量ＯＵＴ１よりも多く減衰される。そのため、式（５）から求められる透過率α１の低下率と比較して、式（６）から求められる透過率α２の低下率はより大きくなる。従って、この低下率の差違及び式（７）から分かるように、粒子濃度が高くなるほど透過比Ｒは小さくなる傾向にあり、この透過比Ｒと粒子濃度ＲＮとは相関関係にあることを本発明者は見出した。
【００５１】
さらにこの透過比Ｒは透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２から算出することができるため、発光量ＩＮ１の変化の影響を受けてその値が変化することがない。例えば発光量ＩＮ１が光量Ｃだけ低下した場合の透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２は、それぞれ次式（８）、及び式（９）で表すことができる。
【００５２】
ＯＵＴ１＝｛α１×（ＩＮ１−Ｃ）｝／１００ …（８）
ＯＵＴ２＝｛α２×（ＩＮ１−Ｃ）｝／１００ …（９）
そして、式（８）及び式（９）を上記式（７）に代入すると次式（１０）が得られる。
【００５３】
ＯＵＴ２／ＯＵＴ１＝α２／α１（＝透過比Ｒ） …（１０）
これら式（８）〜式（１０）に示されるように、発光量ＩＮ１が変化してもその変化分は透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２に同様に反映されるため、同変化分は透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２の比が算出される際に除外される。すなわち透過比Ｒは発光量ＩＮ１の変化の影響を受けないことがわかる。
【００５４】
図６は、本実施形態の粒子濃度検出装置において、第１の光路長Ｌ１を０．２ｍｍ、第２の光路長Ｌ２を１ｍｍに設定し、発光素子３ｃ及び受光素子３ｇの環境温度を変化させたときの粒子濃度ＲＮと透過比Ｒとの関係を例示している。この図６に示されるように、粒子濃度ＲＮが高くなるほど透過比Ｒは小さくなり、粒子濃度ＲＮの変化に対する透過比Ｒの変化度合いは低濃度領域で大きく、高濃度領域で小さくなる。また、粒子濃度ＲＮに対する透過比Ｒの値は、環境温度が異なってもほぼ同じになることがわかる。
【００５５】
また、図７は、第１の光路長Ｌ１を０．２ｍｍ、第２の光路長Ｌ２を０．５ｍｍに設定した場合において、すなわち図６の実験態様と比較して、第２の光路長Ｌ２をより短く設定した場合において、発光素子３ｃ及び受光素子３ｇの環境温度を変化させたときの粒子濃度ＲＮと透過比Ｒとの関係を例示している。この図７に示されるように第１の光路長Ｌ１と第２の光路長Ｌ２との差を小さくすると、粒子濃度ＲＮの変化に対する透過比Ｒの変化度合いは広い範囲の粒子濃度において安定する、換言すれば線形関係に近づいていく。従って、第１の光路長Ｌ１と第２の光路長Ｌ２との差を小さくするほど、粒子濃度の検出精度を広範囲にわたって均一化することができる。ただし、上記差を過度に小さくすると粒子濃度ＲＮに依らず透過比Ｒは一定になってしまう。また、第１の光路長Ｌ１と第２の光路長Ｌ２との差は同じであっても、第１の光路長Ｌ１及び第２の光路長Ｌ２が過度に長く、或いは短く設定されている場合には、粒子濃度の検出精度を広範囲にわたって均一化することが困難になるおそれもある。従ってこれらの点を考慮しつつ、粒子濃度ＲＮに対して透過比Ｒが十分に変化する範囲内で、粒子濃度ＲＮと透過比Ｒとの関係を線形関係に近づけることのできる値を第１の光路長Ｌ１及び第２の光路長Ｌ２の値として設定するとよい。ちなみに本実施形態では上述した点を考慮しつつ、第１の光路長Ｌ１及び第２の光路長Ｌ２を０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内で設定すると、粒子濃度の検出精度を広範囲にわたって均一化することができる。
【００５６】
次に本実施形態における粒子濃度検出処理について、図８を併せ参照して説明する。
図８は、本実施形態にかかる粒子濃度検出方法の態様について、その検出処理手順を示している。なお本実施形態においてこの粒子濃度検出処理は、上記制御装置８により所定時間毎に実行される。また、第１の光路長Ｌ１及び第２の光路長Ｌ２は、上述した点を考慮した最適な値が実験等を通じて設定されている。
【００５７】
この処理が開始されると、まず、予め設定された第１の光路長Ｌ１に光路長Ｌは設定される（Ｓ１００）。この第１の光路長Ｌ１の設定は、発光部３Ｌの位置が駆動機構３ｉを介して制御されることによってなされる。
【００５８】
次に、第１の光路長Ｌ１の光について透過光量ＯＵＴ１が検出される（Ｓ１１０）。
次に、予め設定された第２の光路長Ｌ２に光路長Ｌは設定される（Ｓ１２０）。この第２の光路長Ｌ２は第１の光路長Ｌ１よりも長い距離が設定されている。そして第２の光路長Ｌ２への設定も、発光部３Ｌの位置が駆動機構３ｉを介して制御されることによってなされる。
【００５９】
次に、第２の光路長Ｌ２の光について透過光量ＯＵＴ２が検出され（Ｓ１３０）、これら透過光量ＯＵＴ１、及び透過光量ＯＵＴ２を用いて粒子濃度ＲＮが求められる（Ｓ１４０）。すなわち、上記式（７）を用いて透過比Ｒが算出され、この算出された透過比Ｒに基づき、上記ＲＯＭ内に記憶された粒子濃度算出マップから粒子濃度ＲＮが求められる。この粒子濃度算出マップは、透過比Ｒに対応する粒子濃度ＲＮが種々設定されており、その設定態様は先の図６に示したような態様になっている。従って、透過比Ｒの値が増大するほどこのマップから求められる粒子濃度ＲＮの値は小さくなる。こうして粒子濃度ＲＮが求められると、本処理は終了される。
【００６０】
この粒子濃度検出処理によって、発光素子３ｃの発光量ＩＮ１を知ることなく粒子濃度ＲＮの検出を行うことができる。そのため、発光素子３ｃの温度特性が粒子濃度の検出に与える影響を抑えることができるようになる。
【００６１】
また、受光素子３ｇの環境温度によってその出力特性が変化する場合であっても、上述した粒子濃度検出処理を行うことによって、受光素子３ｇの温度特性が粒子濃度の検出に与える影響を同時に抑えることができるようにもなる。すなわち、上記検出処理では受光素子３ｇの環境温度がほぼ同一になる状態で透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２を検出するようにしている。そのため、透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２に反映される受光素子３ｇの温度特性の影響もほぼ同じになる。そして上記検出処理では、透過光量ＯＵＴ１と透過光量ＯＵＴ２との比である透過比Ｒを求めるようにしており、この透過比Ｒの算出によって、透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２に反映された受光素子３ｇの温度特性の影響分は除去される。例えば、受光素子３ｇの環境温度が変化することで、その出力がＤ％変化する場合には、透過光量ＯＵＴ１は「（１−Ｄ／１００）×ＯＵＴ１」で表すことができ、透過光量ＯＵＴ２は「（１−Ｄ／１００）×ＯＵＴ２」で表すことができる。そしてこれらを上記式（７）に代入すると、温度変化に起因する変化分である「（１−Ｄ／１００）」が消去され、その結果、透過比Ｒは「ＯＵＴ２／ＯＵＴ１」で算出される。
【００６２】
このように透過比Ｒは受光素子３ｇの温度特性の影響を受けない値であるため、上述した粒子濃度検出処理を行うことで受光素子３ｇの温度特性が粒子濃度の検出に与える影響を抑えることができるようになる。
【００６３】
なお、本実施形態では発光素子３ｃの発光量が変化しても、その影響を受けることなく粒子濃度を精度よく検出することができる。そのため、発光部３Ｌへの汚れの付着、発光部３Ｌの経時劣化等によって発光素子の発光量ＩＮ１が変化する場合であってもこれらの影響を抑えることができ、粒子濃度を精度よく検出することができる。
【００６４】
また、本実施形態では受光素子３ｇの出力特性が変化しても、その影響を受けることなく粒子濃度を精度よく検出することができる。そのため、受光部３Ｒへの汚れの付着、受光部３Ｒの経時劣化等によって透過光量ＯＵＴ１や透過光量ＯＵＴ２が変化する場合であってもこれらの影響を抑えることができ、粒子濃度を精度よく検出することができる。
【００６５】
他方、上記検出処理の他に、制御装置８は以下の処理も行う。
すなわち、機関潤滑油の粒子濃度が高くなりその汚濁が進行している状態で内燃機関５０の運転が継続されると、同内燃機関５０に悪影響を及ぼすおそれがある。そこで、制御装置８は上記粒子濃度検出処理によって検出される潤滑油の粒子濃度ＲＮに基づき、内燃機関５０の運転についてその可不可を判断する判断処理を行う。
【００６６】
この処理は次のような手順で行われる。まず、上記ＲＯＭ内には内燃機関５０で使用可能な潤滑油の許容濃度Ｋが記憶されている。そして、上記粒子濃度検出処理によって検出された粒子濃度ＲＮが許容濃度Ｋ以下である場合には、内燃機関５０の運転が可能である旨の判定がなされる。一方、粒子濃度ＲＮが許容濃度Ｋを越えている場合には、内燃機関５０の運転が不可である旨の判定がなされ、この判定がなされた場合には警報機構１０を通じて警報が発せられる。この警報態様としては、例えば警報機構１０にランプ等の発光体や警告音を発するスピーカ等を設けておき、同ランプを発光させたり、スピーカから警告音を発するようにしたりすればよい。
【００６７】
この他にも、警報機構１０に緑色、黄色、及び赤色のランプ等とスピーカとを設けておく。そして粒子濃度ＲＮが許容濃度Ｋよりも十分に低い場合には緑色のランプを発光させ、粒子濃度ＲＮが許容濃度Ｋに近づくと黄色のランプを発光させるとともに警報音を出し、粒子濃度ＲＮが許容濃度Ｋを越えた場合には赤色のランプを発光させるとともにより大きな音量の警報音を出すようにしてもよい。また、赤色のランプが発光される場合には、黄色のランプが発光される場合と比較して、警報音の間隔を短くするようにしてもよい。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果が得られるようになる。
（１）異なる光路長の光について測定された各透過光量の差違、より具体的には上記透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２の比である上記透過比Ｒに基づいて粒子濃度の検出を行うようにしている。そのため、発光素子３ｃの発光量ＩＮ１を知ることなく粒子濃度の検出を行うことができる。従って、粒子濃度の検出に際して発光部３Ｌの特性変化（発光特性の変化）による悪影響を抑えて粒子濃度を精度よく検出することができるようになる。また受光部３Ｒの特性変化（出力特性の変化）による悪影響を抑えて粒子濃度を精度よく検出することもできるようになる。
【００６９】
なお、発光量ＩＮ１を知ることなく粒子濃度の検出を行うことができるため、発光量の検出を行うためのセンサ等を設ける必要がない。また、温度補正による発光量の推定や間接的な発光量の検出等を行う必要もないため、発光量の推定精度に起因する粒子濃度の検出誤差も防止することができる。
【００７０】
（２）駆動機構によって発光部３Ｌを移動させることにより、光路長Ｌを変更するようにしている。従って同一の発光素子３ｃ及び受光素子３ｇを用いて異なる光路長における透過光量を測定することができ、各素子の個体差が粒子濃度の検出精度に与える影響を排除することができる。また、第１の光路長Ｌ１及び第２の光路長Ｌ２を任意に変更することができるため、更に好適な光路長への設定変更も容易に行うことができる。
【００７１】
（３）上記特性変化の影響が抑えられた状態で検出される粒子濃度ＲＮに基づいて内燃機関５０の運転についてその可不可を判断するようにしている。そのため、発光素子３ｃや受光素子３ｇの特性変化に起因する誤判定を抑制することができる。また、上記警報機構１０を備えているため、内燃機関５０の運転について不可である旨の判断がなされたことを運転者等に確実に報知することができる。
【００７２】
（４）検出機構３を内燃機関５０の潤滑通路５１に取り付けるようにしている。そのため、上述した従来の装置のように粒子濃度検出装置が大型化することもなく、容易に内燃機関５０に取り付けることができ、ひいては同内燃機関５０の運転中でも潤滑油の粒子濃度を検出することができる。
（第２の実施形態）
以下、この発明にかかる粒子濃度検出方法を具体化した第２の実施形態について、図９、図１０に基づき説明する。
【００７３】
上記第１の実施形態では、異なる光路長の光について測定された各透過光量の比に基づいて粒子濃度を求めるようにした。一方、本実施形態では、異なる光路長の光について測定された各透過光量の比、及び異なる光路長の比から検査対象液の透過率を求めて粒子濃度の検出を行うようにしている。そして、第１の光路長Ｌ１及び第２の光路長Ｌ２の設定態様、及び先の図８におけるＳ１４０での算出方法が異なる以外は、基本的に第１の実施形態と同様である。そこで、以下ではこれら相違点を中心に第２の実施形態について説明する。
【００７４】
まず、本実施形態にかかる粒子濃度検出方法について、図９を併せ参照して説明する。
まず、発光部３Ｌの発光量を発光量ＩＮ１とし、第１の光路長Ｌ１において受光部３Ｒで検出される透過光量を透過光量ＯＵＴ１とし、第１の光路長Ｌ１における光の透過率を透過率αとすると、第１の光路長Ｌ１における透過光量ＯＵＴ１は次式（１１）で表すことができる。
【００７５】
ＯＵＴ１＝ＩＮ１×（α／１００） …（１１）
そして、第１の光路長Ｌ１に対してｎ倍の距離が設定された第２の光路長Ｌ２（Ｌ２＝ｎ×Ｌ１）において、受光部３Ｒで検出される透過光量を透過光量ＯＵＴ２とすると、第２の光路長Ｌ２における透過光量ＯＵＴ２は次式（１２）で表すことができる。なお、第１の光路長Ｌ１で透過光量ＯＵＴ１を検出した後、引き続き第２の光路長Ｌ２で透過光量ＯＵＴ２を検出すれば、発光部３Ｌの環境温度がほぼ同一の状態で透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２の検出を行うことができる。そのため、この場合には透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２が検出されるときの発光量ＩＮ１もほぼ同一であると考えることができる。
【００７６】
ＯＵＴ２＝ＩＮ１×（α／１００）ｎ …（１２）
そして、上記式（１１）及び式（１２）から次式（１３）が得られる。
【００７７】
（α／１００）ｎ−１＝ＯＵＴ２／ＯＵＴ１ …（１３）
そして式（１３）から次式（１４）が得られる。
【００７８】
α＝（ＯＵＴ２／ＯＵＴ１）１／ｎ−１×１００ …（１４）
この式（１４）から分かるように、第１の光路長Ｌ１と第２の光路長Ｌ２との比を１：ｎにした場合、この光路長の比及び透過光量ＯＵＴ２と透過光量ＯＵＴ１との比を用いて透過率αを求めることができる。そして、検査対象液の粒子濃度が高くなるほど同検査対象液の透過率は増大するといったように、粒子濃度と透過率とは相関関係にあるため、透過率を求めることで粒子濃度を求めることができる。
【００７９】
ここで、本実施形態では第１の実施形態と同様に、透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２を用いて粒子濃度と相関関係にある値、すなわち透過率を求めることができる。従って、式（１４）から求められる透過率αも発光量ＩＮ１の変化の影響を受けることがない。すなわち、本実施形態における粒子濃度検出方法でも、粒子濃度の検出に際して発光素子３ｃの発光特性の変化が与える影響を抑えることができるようになり、粒子濃度を精度よく検出することができる。また、粒子濃度の検出に際して受光素子３ｇの出力特性の変化が与える影響を抑えることもできる。
【００８０】
ちなみに、第１の光路長Ｌ１と第２の光路長Ｌ２との比は任意に設定することができるが、第１の光路長Ｌ１と第２の光路長Ｌ２との比を１：２に設定すると式（１４）は次式（１５）のようになり、透過率αを容易に算出することができる。
【００８１】
α＝（ＯＵＴ２／ＯＵＴ１）×１００ …（１５）
図１０は、本実施形態の粒子濃度検出装置において、第１の光路長Ｌ１を０．５ｍｍ、第２の光路長Ｌ２を１ｍｍに設定し、発光素子３ｃ及び受光素子３ｇの環境温度を変化させたときの粒子濃度ＲＮと透過率αとの関係を例示している。この図１０に示されるように、粒子濃度ＲＮが高くなるほど透過率αは小さくなるといった相関関係がある。そして、粒子濃度ＲＮに対する透過率αの値は環境温度が異なってもほぼ同じになることがわかる。
【００８２】
この本実施形態にかかる粒子濃度の検出方法では、先の図８で説明した粒子濃度検出処理が以下のように変更されている。
まず、Ｓ１００の処理で行われる第１の光路長Ｌ１の設定、及びＳ１２０の処理で行われる第２の光路長Ｌ２の設定に際しては、第１の光路長Ｌ１と第２の光路長Ｌ２との比が１：２になるように設定されている。そしてＳ１４０での粒子濃度の算出に際しては、Ｓ１１０で検出された透過光量ＯＵＴ１及びＳ１３０で検出された透過光量ＯＵＴ２を用いて、上記式（１５）から透過率αを算出される。そして、この算出された透過率αに基づき、上記ＲＯＭ内に記憶された粒子濃度算出マップから粒子濃度ＲＮを求める。この粒子濃度算出マップは、透過率αに対応する粒子濃度ＲＮが種々設定されており、その設定態様は先の図１０に示したような態様になっている。従って、透過率αの値が増大するほどこのマップから求められる粒子濃度ＲＮの値は小さくなる。
【００８３】
このように本実施形態によっても第１の実施形態と同様な作用効果が得られるようになり、粒子濃度の検出に際して発光部３Ｌの特性変化（発光特性の変化）による悪影響を抑えて粒子濃度を精度よく検出することができるようになる。また受光部３Ｒの特性変化（出力特性の変化）による悪影響を抑えて粒子濃度を精度よく検出することもできるようになる。
【００８４】
なお、上記各実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記各実施形態において、第２の光路長Ｌ２における透過光量ＯＵＴ２を検出した後に第１の光路長Ｌ１における透過光量ＯＵＴ１を検出するようにしてもよい。
【００８５】
・上記第１の実施形態において、透過比Ｒを次式（１６）から求めるようにしてもよい。
Ｒ＝ＯＵＴ１／ＯＵＴ２ …（１６）
この場合にも第１の実施形態で説明した検出態様と同様な態様で粒子濃度を検出することができる。
【００８６】
・上記各実施形態では光路長Ｌを２段階で変更させる場合について説明したが、光路長Ｌを３段階以上変更させてもよい。要するに異なる光路長で検出された透過光量を用いて上述したような態様で粒子濃度を検出するようにすればよい。
【００８７】
・上記各実施形態では光路長Ｌを変更するために発光部３Ｌを移動させるようにしたが、発光部３Ｌを固定して受光部３Ｒを移動させるようにしてもよい。また、発光部３Ｌ及び受光部３Ｒをともに移動させるようにしてもよい。
【００８８】
・上記各実施形態では光路長Ｌを変更するために発光部３Ｌを移動させるようにしたが、発光部３Ｌ及び受光部３Ｒで構成される検出部を複数用い、それら各検出部における検出に際して発光部３Ｌから検査対象液に照射される光の光路長を異ならせるようにしてもよい。
【００８９】
例えば、図１１にその一例を示すように、検出機構３’のボディー３ａ’内に上記発光部３Ｌ及び受光部３Ｒから構成された検出部４０ａ及び４０ｂを配設する。そして、検出部４０ａの光路長が上述した第１の光路長Ｌ１になるように、発光部３Ｌ及び受光部３Ｒをボディー３ａ’に固定する。また、検出部４０ｂの光路長が上述した第２の光路長Ｌ２になるように、発光部３Ｌ及び受光部３Ｒをボディー３ａ’に固定する。そして、上記制御装置８は粒子濃度ＲＮの検出に際して、検出部４０ａで測定された透過光量ＯＵＴ１、及び検出部４０ｂで測定された透過光量ＯＵＴ２に基づいて検査対象液の粒子濃度を検出するようにする。この場合には上記各実施形態と比較して発光部３Ｌの位置が変化しないため、光路長Ｌの変更に際しての位置ずれが生じず、光路長Ｌの精度を高く維持することができるようになる。従って、粒子濃度ＲＮの検出に際してばらつきを抑制することができるようになる。
【００９０】
・上記警報機構１０から警報が発せられるとき、すなわち内燃機関５０の運転について不可である旨の判断がなされたときには、内燃機関５０の機関出力を徐々に低下させて最終的に機関運転を停止させることにより、内燃機関５０の故障を確実に防止することもできる。
【００９１】
・上記実施形態では内燃機関の潤滑油の粒子濃度を検出する装置に本発明を適用した場合について説明したが、他の液体の粒子濃度を検出する装置にも本発明は同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態にかかる粒子濃度検出装置の構成を示す概略図。
【図２】同実施形態における検出機構の構造を示す断面図。
【図３】潤滑油の透過率と光の波長との関係を示すグラフ。
【図４】潤滑油の粒子濃度と透過率との関係について、光の波長を種々変更した場合の態様を示すグラフ。
【図５】同実施形態における粒子濃度検出方法を説明するための概念図。
【図６】同実施形態において、発光素子及び受光素子の環境温度を変化させたときの粒子濃度と透過比との関係を示すグラフ。
【図７】同実施形態において、発光素子及び受光素子の環境温度を変化させたときの粒子濃度と透過比との関係を示すグラフ。
【図８】同実施形態による粒子濃度検出処理の手順を示すフローチャート。
【図９】第２の実施形態における粒子濃度検出方法を説明するための概念図。
【図１０】同実施形態で算出される透過率について、発光素子及び受光素子の環境温度を変化させたときの粒子濃度との関係を示すグラフ。
【図１１】上記実施形態の変形例における検出機構の構造を示す概念図。
【図１２】発光素子の環境温度と発光量との関係を例示するグラフ。
【図１３】発光素子の発光量検出態様について、その一例を示す概念図。
【符号の説明】
３、３’…検出機構、３ａ、３ａ’…ボディー、３ｂ…流路、３ｃ…発光素子、３ｄ…発光部導光体、３ｅ…レンズ、３ｇ…受光素子、３ｈ…受光部導光体、３ｉ…駆動機構、３Ｌ…発光部、３Ｒ…受光部、８…制御装置、９…表示部、１０…警報機構、４０ａ、４０ｂ…検出部、５０…内燃機関、５１…潤滑通路、１２２…受光素子、１３０…反射板。
【発明の属する技術分野】
この発明は、液体の透過光量に基づいて同液体の粒子濃度を検出する粒子濃度検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば機関潤滑油に混入した煤の濃度等、液体中の粒子濃度をその液体の光透過特性、具体的には同液体を透過可能な透過光の光量に基づいて検出するようにしたものが知られている。この検出方法では発光部から液体に向けて光を照射し、同液体を透過する透過光の光量を受光部で検出するようにしている。発光部から照射された光の一部は、液体に混入した粒子によって吸収されるため、受光部で検出される透過光量は液中粒子の量に応じたものとなる。従って、この透過光量に基づいて粒子濃度を検出することができる。
【０００３】
ところで、図１２に例示するように、発光部の発光光量はその環境温度が高くなるほど減少するため、受光部で検出される透過光の光量もこれに応じて減少する傾向にある。従って、粒子濃度を精度よく検出する上では、こうした発光部の温度変化に起因する検出部（発光部及び受光部）の特性変化を抑制するのが望ましい。
【０００４】
そこで、特許文献１に記載の装置では、液体（潤滑油）を収容する容器と発光部との間、及び同容器と受光部との間をそれぞれ光ファイバで接続することにより、潤滑油の熱によって発光部や受光部の温度が変化するのを極力回避するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−７４８３２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この装置によれば、潤滑油の熱によって検出部の温度が変化するのを回避して、それに起因する検出部の特性変化を抑制することができる。但し、この装置はあくまで潤滑油の熱による悪影響に着目したものであるため、それ以外の要因に起因して検出部の特性変化が生じる場合にはこれに対処することができない。すなわち、上記従来の検出方法にあっては、発光に際して生じる熱や、検出部に付着する汚れ、或いは経時変化等に起因して検出部の特性が変化したような場合にそれによる悪影響が避けきれず、この点においてなお改良の余地を残すものとなっていた。
【０００７】
この発明はこうした事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、粒子濃度の検出に際して発光部や受光部の特性変化による悪影響を抑えて粒子濃度を精度よく検出することのできる粒子濃度検出方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
請求項１に記載の発明は、発光部から液体に光を照射するとともに同液体を透過する透過光の光量を受光部で検出し、この検出された透過光量に基づいて前記液体に混入した粒子の濃度を検出する粒子濃度検出方法において、異なる光路長の光について前記透過光量を測定し、この測定される透過光量の差違に基づいて前記液体の粒子濃度を検出することをその要旨とする。
【０００９】
まず、上記光路長とは上記発光部と受光部との間の距離をいう。さて、上記構成では、異なる光路長の光についてその透過光量をそれぞれ測定するようにしている。ここで、粒子濃度が高くなるほど各光路長で測定された透過光量は減少するが、一方の光路長と比較して長い光路長で測定された透過光量は、その距離差に含まれる粒子量に相当する分だけ、該一方の光路長（短い光路長）で測定された透過光量よりも多く減衰される。そのため、粒子濃度が高くなるほど、短い光路長で測定された透過光量の低下率と比較して、長い光路長で測定された透過光量の低下率は大きくなる。このように、異なる光路長でそれぞれ測定された透過光量の差違は粒子濃度と相関関係にあるため、これら透過光量の差違に基づいて粒子濃度を検出することができる。
【００１０】
ここで、発光部の発光量が変化するとその変化分は各透過光量に同様に反映されるため、透過光量の差違を好適に求めることにより同変化分は容易に除去することができる。換言すれば、透過光量の差違に基づいて粒子濃度を検出することにより、発光部の発光量を知ることなく粒子濃度の検出を行うことができるようになる。そのため、上記構成によれば、粒子濃度の検出に際して発光部の特性変化による悪影響を抑えて粒子濃度を精度よく検出することができるようになる。
【００１１】
また、受光部の環境温度によってその出力特性等が変化する場合でも、その変化分は各透過光量の検出値に同様に反映されるため、透過光量の差違を好適に求めることにより同変化分は容易に除去することができる。そのため、上記構成によれば粒子濃度の検出に際して受光部の特性変化による悪影響を抑えて粒子濃度を精度よく検出することもできるようになる。
【００１２】
このような透過光量の差違を求める好適な態様としては、請求項２に記載の発明によるように、異なる光路長の光について測定された各透過光量の比に基づいて前記液体の粒子濃度を検出する、といった態様を採用することにより、透過光量を用いた粒子濃度の検出に際して、発光部や受光部の特性変化が粒子濃度の検出に与える悪影響を確実に抑えることができるようになる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、発光部から液体に光を照射するとともに同液体を透過する透過光の光量を受光部で検出し、この検出された透過光量に基づいて前記液体に混入した粒子の濃度を検出する粒子濃度検出方法において、異なる光路長の光について前記透過光量を測定し、この測定される各透過光量の比及び各光路長の比から求められる透過率に基づいて前記液体の粒子濃度を検出することをその要旨とする。
【００１４】
異なる光路長の比が１：ｎであるとき、「１」に該当する光路長における透過光量Ａは、その光路長における光の透過率を透過率αとした場合に次式（１）で表すことができる。
【００１５】
透過光量Ａ＝発光部の発光量×（透過率α／１００） …（１）
また、「ｎ」に該当する光路長における透過光量Ｂは、次式（２）で表すことができる。
【００１６】
透過光量Ｂ＝発光部の発光量×（透過率α／１００）ｎ …（２）
そして、上記式（１）及び式（２）から次式（３）が得られる。
【００１７】
（透過率α／１００）ｎ−１＝透過光量Ｂ／透過光量Ａ …（３）
そして式（３）から次式（４）が得られる。
【００１８】
透過率α＝（透過光量Ｂ／透過光量Ａ）１／ｎ−１×１００ …（４）
この式（４）から分かるように、異なる光路長の比が１：ｎである場合、この各光路長の比、及び各光路長で測定される各透過光量の比を用いて透過率αを求めることができる。そして、周知のように液体における光の透過率と粒子濃度とは相関関係にあるため、透過率を求めることで粒子濃度を求めることができる。
【００１９】
このように透過光量の差違に基づいて粒子濃度と相関関係にある値（透過率）を求めると、上述したように発光部や受光部の特性変化が粒子濃度の検出に与える悪影響を抑えることができるようになる。従って、上記請求項３に記載の構成によっても、粒子濃度の検出に際して発光部や受光部の特性変化による悪影響を抑えて粒子濃度を精度よく検出することができるようになる。
【００２０】
なお、上記光路長の比については請求項４に記載の発明によるように、前記異なる光路長の光として少なくとも２種類の光を用い、それら光路長の比が１：２に設定される、といった設定態様を採用することにより、上記透過率を容易に算出することができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の粒子濃度検出方法において、駆動機構によって前記発光部または受光部のうちの少なくとも一方を他方に向けて往復移動させて光路長を変更することをその要旨とする。
【００２２】
同構成によれば、駆動機構によって発光部または受光部のうちの少なくとも一方が他方に向けて往復移動されることにより、光路長が変更される。そのため、同一の発光部及び受光部を用いて異なる光路長における透過光量を測定することができ、発光部や受光部の個体差が粒子濃度の検出精度に与える影響を排除することができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の粒子濃度検出方法において、前記発光部及び受光部で構成される検出部を複数用い、それら各検出部における検出に際して発光部から液体に照射される光の光路長が異なることをその要旨とする。
【００２４】
同構成によれば、発光部または受光部のうちの少なくとも一方を移動させることなく、異なる光路長における透過光量を測定することができる。そのため、光路長の変更に際しての発光部や受光部の位置ずれが生じず、光路長の精度を高く維持することができるようになり、もって粒子濃度の検出に際してばらつきを抑制することができるようになる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、この発明にかかる粒子濃度検出方法を具体化した第１の実施形態について、図１〜図８に基づき詳細に説明する。
【００２６】
図１は、車載内燃機関に取り付けられた本実施形態における粒子濃度検出装置の構成を示す概略図である。
内燃機関５０は、周知のように、吸気通路から吸入される空気及び燃料噴射弁から噴射される燃料からなる混合気をシリンダ及びピストンによって区画形成される燃焼室に吸入する。そして、この混合気は燃焼室に備えられる点火プラグにより点火されて燃焼され、燃焼後は排気ガスとして前記燃焼室から排気通路へ排出される。また、内燃機関５０には潤滑油が貯留されており、この潤滑油は潤滑通路５１を介して同機関の可動部等に供給される。
【００２７】
さて、本実施形態における粒子濃度検出装置は内燃機関５０の潤滑油を検査対象液とし、その透過光量を用いて同潤滑油に混入した粒子（例えば煤等）の濃度を検出するようにしている。
【００２８】
上記粒子濃度検出装置は、検出機構３、制御装置８、表示部９、及び警報機構１０等から構成されている。
検出機構３は検査対象液の透過光量を検出する機構であり、上記潤滑通路５１の途中に配設されている。図２は、この検出機構３について、検査対象液の流れ方向における断面を模式的に示している。この図２に示すように、検出機構３は大きく分けてボディー３ａ、発光部３Ｌ、受光部３Ｒ、及び駆動機構３ｉ等から構成されている。
【００２９】
ボディー３ａはその内部に検査対象液が流通する流路３ｂが形成されており、その開口部には潤滑通路５１が接続されている。そして発光部３Ｌ及び受光部３Ｒは流路３ｂの壁面に互いに対向するように配設されている。
【００３０】
発光部３Ｌは検査光を検査対象液に向けて照射する部分であり、発光素子３ｃ、発光部導光体３ｄ等から構成されている。発光素子３ｃは検査光を発光する素子であり、上記制御装置８から駆動回路を介して所定の電圧が印加されることにより、一定光量の光を発する。ちなみに本実施形態ではこの発光素子３ｃとしてＬＥＤ（発光ダイオード）を用いている。この発光素子３ｃは発光部導光体３ｄに囲まれており、この発光部導光体３ｄにあって流路３ｂ側の先端には発光素子３ｃから発せられた検査光を平行光にするためのレンズ３ｅが設けられている。このレンズ３ｅによって発光素子３ｃから発せられる検査光のほとんどが発散されることなく検査対象液に向けられる。
【００３１】
受光部３Ｒは発光部３Ｌから発せられた検査光が検査対象液を透過した後の光量、すなわち検査対象液を透過する透過光の光量である透過光量を検出する部分であり、受光素子３ｇ及び受光部導光体３ｈ等から構成されている。受光素子３ｇは検査対象液を透過した上記検査光、すなわち透過光を受光してその光量を検出する素子であり、本実施形態ではフォトダイオードを用いている。この受光素子３ｇでは受光量が増大するほど出力は大きくなるため、透過光量に応じた出力を得ることができる。そして受光素子３ｇの出力は上記制御装置８の増幅回路に入力される。受光素子３ｇの流路３ｂ側には受光部導光体３ｈが設けられている。受光部導光体３ｈは、検査対象液を透過した透過光を平行光の状態で受光素子３ｇに到達させるためのレンズになっている。なお、検査対象液を透過した透過光を受光素子３ｇに集光させる集光レンズを用いてもよい。
【００３２】
ちなみに、上記発光部導光体３ｄ及び受光部導光体３ｈは検査対象液に曝されるため、耐高温性及び耐薬品性に優れた材質が要求される。また、透過光の減衰を極力抑えるために透過率の高いもの、望ましくは発光素子３ｃから発せられる光の波長において９０％以上の透過率を有するものがよい。そこで、本実施形態では発光部導光体３ｄ及び受光部導光体３ｈの材質として石英ガラスを選定している。
【００３３】
上記発光部３Ｌにおいて流路３ｂの反対側には駆動機構３ｉが設けられている。この駆動機構３ｉは発光部３Ｌを受光部３Ｒの方向に向けて移動させることにより同発光部３Ｌと受光部３Ｒとの間の距離、すなわち光路長を調整する機構である。なお、本実施形態では、駆動機構３ｉによってその位置が調整された後の発光部３Ｌのレンズ３ｅと受光部導光体３ｈとの最短距離を便宜的に光路長という。そしてこの駆動機構３ｉはモータ等のアクチュエータと同アクチュエータの駆動量を発光部３Ｌに伝達する伝達機構とを備えており、アクチュエータの駆動量は上記制御装置８からの信号によって制御される。このように本実施形態にかかる粒子濃度検出装置では、上記光路長を自由に変更することができるようにしている。
【００３４】
他方、本実施形態では光の波長が９００ｎｍ以上の赤外光を発光するＬＥＤが上記発光素子３ｃに採用されている。その理由を図３、図４を併せ参照して説明する。
【００３５】
図３は、工業用カーボンが０．０１ｗｔ％混入された潤滑油の透過率と光の波長との関係を模式的に示している。なお、透過率は「（受光素子３ｇの受光量／発光素子３ｃの発光量）×１００（％）」で表される。
【００３６】
この図３に示されるように、波長が短くなるほど透過率は低下する傾向にある。これは検査光の波長が短くなるほど、液中粒子による光の吸収量や散乱量が増大し、受光素子３ｇに同検査光が届きにくくなるためである。従ってこの図３に示される傾向から、粒子濃度の高い液体の透過光量を検出するには、波長の長い光を利用した方がよいことがわかる。
【００３７】
図４は、潤滑油の粒子濃度と透過率との関係について光の波長を種々変更した場合の変化傾向を模式的に示している。この図４に示されるように、波長が長くなるほど粒子濃度に対する透過率は高くなる傾向にあり、検出可能な粒子濃度の範囲は高濃度領域側に広くなる傾向にある。換言すれば検出可能な粒子濃度の上限値が大きくなる傾向にある。
【００３８】
一方、波長が短くなるほど、高濃度領域では粒子濃度の差違に起因する透過率の変化は小さくなる。このため波長が短くなるほど高濃度領域にある粒子濃度を検出することは困難になり、検出可能な粒子濃度の範囲は狭くなる。しかし同図４に示されるように、低濃度領域では波長が短くなるほど粒子濃度の差違に起因する透過率の変化は大きくなる傾向にあるため、わずかな粒子濃度の違いにも反応する検出精度の高い検出機構３を得ることができる。すなわち、波長が長くなるほどより高濃度の粒子濃度を検出することができる一方、波長が短くなるほど低濃度領域における粒子濃度の検出精度を向上させることができる。これらの点を考慮し、本実施形態では９００ｎｍ以上の波長を発光する赤外光ＬＥＤを上記発光素子３ｃに採用することで、幅広い粒子濃度を精度よく検出することができるようにしている。
【００３９】
上記制御装置８は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心として構成されている。この制御装置８は検出機構３の検出結果等を演算処理して検査対象液の粒子濃度を算出するとともに、その演算結果、例えば検出された粒子濃度等を表示部９に表示する。また、制御装置８は検出された粒子濃度と所定値とを比較し、場合によっては警報機構１０から警報を発する。
【００４０】
さて、このように構成された粒子濃度検出装置では、受光部３Ｒで検出される透過光量を用いて液中の粒子濃度が算出される。ここで、先の図１２に示したように、発光素子３ｃの環境温度が高くなるにつれて、同発光素子３ｃの発光量は低下するようになる。そのため、粒子濃度がある一定の値であったとしても、発光素子３ｃの環境温度が変化すれば受光素子３ｇで検出される透過光量も変化してしまうおそれがある。従って、透過光量を用いた粒子濃度の検出に際してその検出精度を高めるためには、発光素子３ｃの発光量も取得する必要がある。この発光素子３ｃの発光量を取得するには、例えば次のようなものが考えられる。
【００４１】
取得例１．発光素子３ｃの環境温度と発光量との関係が設定されたマップを予め用意しておく。そして発光素子３ｃの環境温度を温度センサ等で測定し、この測定された環境温度と上記マップから発光素子３ｃの発光量を推定するようにする。
【００４２】
取得例２．例えば図１３に示すように、発光素子３ｃから発せられる検査光の一部を反射板１３０等で反射させて、この反射光の光量を受光素子１２２で検出するようにする。
【００４３】
これら各取得例のようにすれば発光素子３ｃの発光量を把握することはできる。しかし、上記各取得例では発光量を間接的に取得しており、直接検出しているわけではないため、その精度には自ずと限界がある。従って粒子濃度の検出に際しては、発光量の検出精度や推定精度に起因する誤差が生じるおそれがある。また、温度センサや受光素子１２２といったセンサ類を別途設ける必要もある。
【００４４】
他方、発光部への汚れの付着、発光部の経時劣化等によっても発光部の発光特性は変化するため、この場合にも精度よく粒子濃度を検出することは困難になる。このように、発光素子３ｃの環境温度の変化、発光部３Ｌへの汚れの付着、発光部３Ｌの経時劣化等によって発光部３Ｌの発光特性が変化すると粒子濃度を精度よく検出することが困難になるおそれがある。
【００４５】
そこで本実施形態における粒子濃度検出装置では、発光素子３ｃの発光量を知ることなく粒子濃度を検出することにより、発光部３Ｌや受光部３Ｒの特性が変化する場合であっても、粒子濃度を精度よく検出することができるようにしている。
【００４６】
以下、本実施形態における粒子濃度検出装置によって行われる粒子濃度検出方法について、図５を併せ参照して説明する。
まず、発光部３Ｌの発光量を発光量ＩＮ１とし、第１の光路長Ｌ１において受光部３Ｒで検出される透過光量を透過光量ＯＵＴ１とすると、第１の光路長Ｌ１における光の透過率α１は次式（５）で表すことができる。
【００４７】
α１＝（ＯＵＴ１／ＩＮ１）×１００ …（５）
そして、第１の光路長Ｌ１よりも長い距離が設定された第２の光路長Ｌ２（Ｌ２＞Ｌ１）において、受光部３Ｒで検出される透過光量を透過光量ＯＵＴ２とすると、第２の光路長Ｌ２における光の透過率α２は次式（６）で表すことができる。なお、第１の光路長Ｌ１で透過光量ＯＵＴ１を検出した後、引き続き第２の光路長Ｌ２で透過光量ＯＵＴ２を検出すれば、発光部３Ｌの環境温度がほぼ同一の状態で透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２の検出を行うことができる。そのため、この場合には透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２が検出されるときの発光量ＩＮ１もほぼ同一であると考えることができる。
【００４８】
α２＝（ＯＵＴ２／ＩＮ１）×１００ …（６）
そして、上記式（５）及び式（６）から次式（７）が得られる。
【００４９】
α２／α１＝ＯＵＴ２／ＯＵＴ１（＝Ｒ） …（７）
この式（７）から分かるように、実際に測定することのできる透過光量ＯＵＴ２と透過光量ＯＵＴ１との比から、透過率α１と透過率α２との比（以下、式（７）から得られる値を透過比Ｒという）を求めることができる。
【００５０】
ここで、粒子濃度ＲＮが高くなるほど透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２は減少するが、第２の光路長Ｌ２は第１の光路長Ｌ１よりも距離が長く設定されているため、透過光量ＯＵＴ２は、この距離差に含まれる粒子量に相当する分だけ透過光量ＯＵＴ１よりも多く減衰される。そのため、式（５）から求められる透過率α１の低下率と比較して、式（６）から求められる透過率α２の低下率はより大きくなる。従って、この低下率の差違及び式（７）から分かるように、粒子濃度が高くなるほど透過比Ｒは小さくなる傾向にあり、この透過比Ｒと粒子濃度ＲＮとは相関関係にあることを本発明者は見出した。
【００５１】
さらにこの透過比Ｒは透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２から算出することができるため、発光量ＩＮ１の変化の影響を受けてその値が変化することがない。例えば発光量ＩＮ１が光量Ｃだけ低下した場合の透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２は、それぞれ次式（８）、及び式（９）で表すことができる。
【００５２】
ＯＵＴ１＝｛α１×（ＩＮ１−Ｃ）｝／１００ …（８）
ＯＵＴ２＝｛α２×（ＩＮ１−Ｃ）｝／１００ …（９）
そして、式（８）及び式（９）を上記式（７）に代入すると次式（１０）が得られる。
【００５３】
ＯＵＴ２／ＯＵＴ１＝α２／α１（＝透過比Ｒ） …（１０）
これら式（８）〜式（１０）に示されるように、発光量ＩＮ１が変化してもその変化分は透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２に同様に反映されるため、同変化分は透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２の比が算出される際に除外される。すなわち透過比Ｒは発光量ＩＮ１の変化の影響を受けないことがわかる。
【００５４】
図６は、本実施形態の粒子濃度検出装置において、第１の光路長Ｌ１を０．２ｍｍ、第２の光路長Ｌ２を１ｍｍに設定し、発光素子３ｃ及び受光素子３ｇの環境温度を変化させたときの粒子濃度ＲＮと透過比Ｒとの関係を例示している。この図６に示されるように、粒子濃度ＲＮが高くなるほど透過比Ｒは小さくなり、粒子濃度ＲＮの変化に対する透過比Ｒの変化度合いは低濃度領域で大きく、高濃度領域で小さくなる。また、粒子濃度ＲＮに対する透過比Ｒの値は、環境温度が異なってもほぼ同じになることがわかる。
【００５５】
また、図７は、第１の光路長Ｌ１を０．２ｍｍ、第２の光路長Ｌ２を０．５ｍｍに設定した場合において、すなわち図６の実験態様と比較して、第２の光路長Ｌ２をより短く設定した場合において、発光素子３ｃ及び受光素子３ｇの環境温度を変化させたときの粒子濃度ＲＮと透過比Ｒとの関係を例示している。この図７に示されるように第１の光路長Ｌ１と第２の光路長Ｌ２との差を小さくすると、粒子濃度ＲＮの変化に対する透過比Ｒの変化度合いは広い範囲の粒子濃度において安定する、換言すれば線形関係に近づいていく。従って、第１の光路長Ｌ１と第２の光路長Ｌ２との差を小さくするほど、粒子濃度の検出精度を広範囲にわたって均一化することができる。ただし、上記差を過度に小さくすると粒子濃度ＲＮに依らず透過比Ｒは一定になってしまう。また、第１の光路長Ｌ１と第２の光路長Ｌ２との差は同じであっても、第１の光路長Ｌ１及び第２の光路長Ｌ２が過度に長く、或いは短く設定されている場合には、粒子濃度の検出精度を広範囲にわたって均一化することが困難になるおそれもある。従ってこれらの点を考慮しつつ、粒子濃度ＲＮに対して透過比Ｒが十分に変化する範囲内で、粒子濃度ＲＮと透過比Ｒとの関係を線形関係に近づけることのできる値を第１の光路長Ｌ１及び第２の光路長Ｌ２の値として設定するとよい。ちなみに本実施形態では上述した点を考慮しつつ、第１の光路長Ｌ１及び第２の光路長Ｌ２を０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内で設定すると、粒子濃度の検出精度を広範囲にわたって均一化することができる。
【００５６】
次に本実施形態における粒子濃度検出処理について、図８を併せ参照して説明する。
図８は、本実施形態にかかる粒子濃度検出方法の態様について、その検出処理手順を示している。なお本実施形態においてこの粒子濃度検出処理は、上記制御装置８により所定時間毎に実行される。また、第１の光路長Ｌ１及び第２の光路長Ｌ２は、上述した点を考慮した最適な値が実験等を通じて設定されている。
【００５７】
この処理が開始されると、まず、予め設定された第１の光路長Ｌ１に光路長Ｌは設定される（Ｓ１００）。この第１の光路長Ｌ１の設定は、発光部３Ｌの位置が駆動機構３ｉを介して制御されることによってなされる。
【００５８】
次に、第１の光路長Ｌ１の光について透過光量ＯＵＴ１が検出される（Ｓ１１０）。
次に、予め設定された第２の光路長Ｌ２に光路長Ｌは設定される（Ｓ１２０）。この第２の光路長Ｌ２は第１の光路長Ｌ１よりも長い距離が設定されている。そして第２の光路長Ｌ２への設定も、発光部３Ｌの位置が駆動機構３ｉを介して制御されることによってなされる。
【００５９】
次に、第２の光路長Ｌ２の光について透過光量ＯＵＴ２が検出され（Ｓ１３０）、これら透過光量ＯＵＴ１、及び透過光量ＯＵＴ２を用いて粒子濃度ＲＮが求められる（Ｓ１４０）。すなわち、上記式（７）を用いて透過比Ｒが算出され、この算出された透過比Ｒに基づき、上記ＲＯＭ内に記憶された粒子濃度算出マップから粒子濃度ＲＮが求められる。この粒子濃度算出マップは、透過比Ｒに対応する粒子濃度ＲＮが種々設定されており、その設定態様は先の図６に示したような態様になっている。従って、透過比Ｒの値が増大するほどこのマップから求められる粒子濃度ＲＮの値は小さくなる。こうして粒子濃度ＲＮが求められると、本処理は終了される。
【００６０】
この粒子濃度検出処理によって、発光素子３ｃの発光量ＩＮ１を知ることなく粒子濃度ＲＮの検出を行うことができる。そのため、発光素子３ｃの温度特性が粒子濃度の検出に与える影響を抑えることができるようになる。
【００６１】
また、受光素子３ｇの環境温度によってその出力特性が変化する場合であっても、上述した粒子濃度検出処理を行うことによって、受光素子３ｇの温度特性が粒子濃度の検出に与える影響を同時に抑えることができるようにもなる。すなわち、上記検出処理では受光素子３ｇの環境温度がほぼ同一になる状態で透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２を検出するようにしている。そのため、透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２に反映される受光素子３ｇの温度特性の影響もほぼ同じになる。そして上記検出処理では、透過光量ＯＵＴ１と透過光量ＯＵＴ２との比である透過比Ｒを求めるようにしており、この透過比Ｒの算出によって、透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２に反映された受光素子３ｇの温度特性の影響分は除去される。例えば、受光素子３ｇの環境温度が変化することで、その出力がＤ％変化する場合には、透過光量ＯＵＴ１は「（１−Ｄ／１００）×ＯＵＴ１」で表すことができ、透過光量ＯＵＴ２は「（１−Ｄ／１００）×ＯＵＴ２」で表すことができる。そしてこれらを上記式（７）に代入すると、温度変化に起因する変化分である「（１−Ｄ／１００）」が消去され、その結果、透過比Ｒは「ＯＵＴ２／ＯＵＴ１」で算出される。
【００６２】
このように透過比Ｒは受光素子３ｇの温度特性の影響を受けない値であるため、上述した粒子濃度検出処理を行うことで受光素子３ｇの温度特性が粒子濃度の検出に与える影響を抑えることができるようになる。
【００６３】
なお、本実施形態では発光素子３ｃの発光量が変化しても、その影響を受けることなく粒子濃度を精度よく検出することができる。そのため、発光部３Ｌへの汚れの付着、発光部３Ｌの経時劣化等によって発光素子の発光量ＩＮ１が変化する場合であってもこれらの影響を抑えることができ、粒子濃度を精度よく検出することができる。
【００６４】
また、本実施形態では受光素子３ｇの出力特性が変化しても、その影響を受けることなく粒子濃度を精度よく検出することができる。そのため、受光部３Ｒへの汚れの付着、受光部３Ｒの経時劣化等によって透過光量ＯＵＴ１や透過光量ＯＵＴ２が変化する場合であってもこれらの影響を抑えることができ、粒子濃度を精度よく検出することができる。
【００６５】
他方、上記検出処理の他に、制御装置８は以下の処理も行う。
すなわち、機関潤滑油の粒子濃度が高くなりその汚濁が進行している状態で内燃機関５０の運転が継続されると、同内燃機関５０に悪影響を及ぼすおそれがある。そこで、制御装置８は上記粒子濃度検出処理によって検出される潤滑油の粒子濃度ＲＮに基づき、内燃機関５０の運転についてその可不可を判断する判断処理を行う。
【００６６】
この処理は次のような手順で行われる。まず、上記ＲＯＭ内には内燃機関５０で使用可能な潤滑油の許容濃度Ｋが記憶されている。そして、上記粒子濃度検出処理によって検出された粒子濃度ＲＮが許容濃度Ｋ以下である場合には、内燃機関５０の運転が可能である旨の判定がなされる。一方、粒子濃度ＲＮが許容濃度Ｋを越えている場合には、内燃機関５０の運転が不可である旨の判定がなされ、この判定がなされた場合には警報機構１０を通じて警報が発せられる。この警報態様としては、例えば警報機構１０にランプ等の発光体や警告音を発するスピーカ等を設けておき、同ランプを発光させたり、スピーカから警告音を発するようにしたりすればよい。
【００６７】
この他にも、警報機構１０に緑色、黄色、及び赤色のランプ等とスピーカとを設けておく。そして粒子濃度ＲＮが許容濃度Ｋよりも十分に低い場合には緑色のランプを発光させ、粒子濃度ＲＮが許容濃度Ｋに近づくと黄色のランプを発光させるとともに警報音を出し、粒子濃度ＲＮが許容濃度Ｋを越えた場合には赤色のランプを発光させるとともにより大きな音量の警報音を出すようにしてもよい。また、赤色のランプが発光される場合には、黄色のランプが発光される場合と比較して、警報音の間隔を短くするようにしてもよい。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果が得られるようになる。
（１）異なる光路長の光について測定された各透過光量の差違、より具体的には上記透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２の比である上記透過比Ｒに基づいて粒子濃度の検出を行うようにしている。そのため、発光素子３ｃの発光量ＩＮ１を知ることなく粒子濃度の検出を行うことができる。従って、粒子濃度の検出に際して発光部３Ｌの特性変化（発光特性の変化）による悪影響を抑えて粒子濃度を精度よく検出することができるようになる。また受光部３Ｒの特性変化（出力特性の変化）による悪影響を抑えて粒子濃度を精度よく検出することもできるようになる。
【００６９】
なお、発光量ＩＮ１を知ることなく粒子濃度の検出を行うことができるため、発光量の検出を行うためのセンサ等を設ける必要がない。また、温度補正による発光量の推定や間接的な発光量の検出等を行う必要もないため、発光量の推定精度に起因する粒子濃度の検出誤差も防止することができる。
【００７０】
（２）駆動機構によって発光部３Ｌを移動させることにより、光路長Ｌを変更するようにしている。従って同一の発光素子３ｃ及び受光素子３ｇを用いて異なる光路長における透過光量を測定することができ、各素子の個体差が粒子濃度の検出精度に与える影響を排除することができる。また、第１の光路長Ｌ１及び第２の光路長Ｌ２を任意に変更することができるため、更に好適な光路長への設定変更も容易に行うことができる。
【００７１】
（３）上記特性変化の影響が抑えられた状態で検出される粒子濃度ＲＮに基づいて内燃機関５０の運転についてその可不可を判断するようにしている。そのため、発光素子３ｃや受光素子３ｇの特性変化に起因する誤判定を抑制することができる。また、上記警報機構１０を備えているため、内燃機関５０の運転について不可である旨の判断がなされたことを運転者等に確実に報知することができる。
【００７２】
（４）検出機構３を内燃機関５０の潤滑通路５１に取り付けるようにしている。そのため、上述した従来の装置のように粒子濃度検出装置が大型化することもなく、容易に内燃機関５０に取り付けることができ、ひいては同内燃機関５０の運転中でも潤滑油の粒子濃度を検出することができる。
（第２の実施形態）
以下、この発明にかかる粒子濃度検出方法を具体化した第２の実施形態について、図９、図１０に基づき説明する。
【００７３】
上記第１の実施形態では、異なる光路長の光について測定された各透過光量の比に基づいて粒子濃度を求めるようにした。一方、本実施形態では、異なる光路長の光について測定された各透過光量の比、及び異なる光路長の比から検査対象液の透過率を求めて粒子濃度の検出を行うようにしている。そして、第１の光路長Ｌ１及び第２の光路長Ｌ２の設定態様、及び先の図８におけるＳ１４０での算出方法が異なる以外は、基本的に第１の実施形態と同様である。そこで、以下ではこれら相違点を中心に第２の実施形態について説明する。
【００７４】
まず、本実施形態にかかる粒子濃度検出方法について、図９を併せ参照して説明する。
まず、発光部３Ｌの発光量を発光量ＩＮ１とし、第１の光路長Ｌ１において受光部３Ｒで検出される透過光量を透過光量ＯＵＴ１とし、第１の光路長Ｌ１における光の透過率を透過率αとすると、第１の光路長Ｌ１における透過光量ＯＵＴ１は次式（１１）で表すことができる。
【００７５】
ＯＵＴ１＝ＩＮ１×（α／１００） …（１１）
そして、第１の光路長Ｌ１に対してｎ倍の距離が設定された第２の光路長Ｌ２（Ｌ２＝ｎ×Ｌ１）において、受光部３Ｒで検出される透過光量を透過光量ＯＵＴ２とすると、第２の光路長Ｌ２における透過光量ＯＵＴ２は次式（１２）で表すことができる。なお、第１の光路長Ｌ１で透過光量ＯＵＴ１を検出した後、引き続き第２の光路長Ｌ２で透過光量ＯＵＴ２を検出すれば、発光部３Ｌの環境温度がほぼ同一の状態で透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２の検出を行うことができる。そのため、この場合には透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２が検出されるときの発光量ＩＮ１もほぼ同一であると考えることができる。
【００７６】
ＯＵＴ２＝ＩＮ１×（α／１００）ｎ …（１２）
そして、上記式（１１）及び式（１２）から次式（１３）が得られる。
【００７７】
（α／１００）ｎ−１＝ＯＵＴ２／ＯＵＴ１ …（１３）
そして式（１３）から次式（１４）が得られる。
【００７８】
α＝（ＯＵＴ２／ＯＵＴ１）１／ｎ−１×１００ …（１４）
この式（１４）から分かるように、第１の光路長Ｌ１と第２の光路長Ｌ２との比を１：ｎにした場合、この光路長の比及び透過光量ＯＵＴ２と透過光量ＯＵＴ１との比を用いて透過率αを求めることができる。そして、検査対象液の粒子濃度が高くなるほど同検査対象液の透過率は増大するといったように、粒子濃度と透過率とは相関関係にあるため、透過率を求めることで粒子濃度を求めることができる。
【００７９】
ここで、本実施形態では第１の実施形態と同様に、透過光量ＯＵＴ１及び透過光量ＯＵＴ２を用いて粒子濃度と相関関係にある値、すなわち透過率を求めることができる。従って、式（１４）から求められる透過率αも発光量ＩＮ１の変化の影響を受けることがない。すなわち、本実施形態における粒子濃度検出方法でも、粒子濃度の検出に際して発光素子３ｃの発光特性の変化が与える影響を抑えることができるようになり、粒子濃度を精度よく検出することができる。また、粒子濃度の検出に際して受光素子３ｇの出力特性の変化が与える影響を抑えることもできる。
【００８０】
ちなみに、第１の光路長Ｌ１と第２の光路長Ｌ２との比は任意に設定することができるが、第１の光路長Ｌ１と第２の光路長Ｌ２との比を１：２に設定すると式（１４）は次式（１５）のようになり、透過率αを容易に算出することができる。
【００８１】
α＝（ＯＵＴ２／ＯＵＴ１）×１００ …（１５）
図１０は、本実施形態の粒子濃度検出装置において、第１の光路長Ｌ１を０．５ｍｍ、第２の光路長Ｌ２を１ｍｍに設定し、発光素子３ｃ及び受光素子３ｇの環境温度を変化させたときの粒子濃度ＲＮと透過率αとの関係を例示している。この図１０に示されるように、粒子濃度ＲＮが高くなるほど透過率αは小さくなるといった相関関係がある。そして、粒子濃度ＲＮに対する透過率αの値は環境温度が異なってもほぼ同じになることがわかる。
【００８２】
この本実施形態にかかる粒子濃度の検出方法では、先の図８で説明した粒子濃度検出処理が以下のように変更されている。
まず、Ｓ１００の処理で行われる第１の光路長Ｌ１の設定、及びＳ１２０の処理で行われる第２の光路長Ｌ２の設定に際しては、第１の光路長Ｌ１と第２の光路長Ｌ２との比が１：２になるように設定されている。そしてＳ１４０での粒子濃度の算出に際しては、Ｓ１１０で検出された透過光量ＯＵＴ１及びＳ１３０で検出された透過光量ＯＵＴ２を用いて、上記式（１５）から透過率αを算出される。そして、この算出された透過率αに基づき、上記ＲＯＭ内に記憶された粒子濃度算出マップから粒子濃度ＲＮを求める。この粒子濃度算出マップは、透過率αに対応する粒子濃度ＲＮが種々設定されており、その設定態様は先の図１０に示したような態様になっている。従って、透過率αの値が増大するほどこのマップから求められる粒子濃度ＲＮの値は小さくなる。
【００８３】
このように本実施形態によっても第１の実施形態と同様な作用効果が得られるようになり、粒子濃度の検出に際して発光部３Ｌの特性変化（発光特性の変化）による悪影響を抑えて粒子濃度を精度よく検出することができるようになる。また受光部３Ｒの特性変化（出力特性の変化）による悪影響を抑えて粒子濃度を精度よく検出することもできるようになる。
【００８４】
なお、上記各実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記各実施形態において、第２の光路長Ｌ２における透過光量ＯＵＴ２を検出した後に第１の光路長Ｌ１における透過光量ＯＵＴ１を検出するようにしてもよい。
【００８５】
・上記第１の実施形態において、透過比Ｒを次式（１６）から求めるようにしてもよい。
Ｒ＝ＯＵＴ１／ＯＵＴ２ …（１６）
この場合にも第１の実施形態で説明した検出態様と同様な態様で粒子濃度を検出することができる。
【００８６】
・上記各実施形態では光路長Ｌを２段階で変更させる場合について説明したが、光路長Ｌを３段階以上変更させてもよい。要するに異なる光路長で検出された透過光量を用いて上述したような態様で粒子濃度を検出するようにすればよい。
【００８７】
・上記各実施形態では光路長Ｌを変更するために発光部３Ｌを移動させるようにしたが、発光部３Ｌを固定して受光部３Ｒを移動させるようにしてもよい。また、発光部３Ｌ及び受光部３Ｒをともに移動させるようにしてもよい。
【００８８】
・上記各実施形態では光路長Ｌを変更するために発光部３Ｌを移動させるようにしたが、発光部３Ｌ及び受光部３Ｒで構成される検出部を複数用い、それら各検出部における検出に際して発光部３Ｌから検査対象液に照射される光の光路長を異ならせるようにしてもよい。
【００８９】
例えば、図１１にその一例を示すように、検出機構３’のボディー３ａ’内に上記発光部３Ｌ及び受光部３Ｒから構成された検出部４０ａ及び４０ｂを配設する。そして、検出部４０ａの光路長が上述した第１の光路長Ｌ１になるように、発光部３Ｌ及び受光部３Ｒをボディー３ａ’に固定する。また、検出部４０ｂの光路長が上述した第２の光路長Ｌ２になるように、発光部３Ｌ及び受光部３Ｒをボディー３ａ’に固定する。そして、上記制御装置８は粒子濃度ＲＮの検出に際して、検出部４０ａで測定された透過光量ＯＵＴ１、及び検出部４０ｂで測定された透過光量ＯＵＴ２に基づいて検査対象液の粒子濃度を検出するようにする。この場合には上記各実施形態と比較して発光部３Ｌの位置が変化しないため、光路長Ｌの変更に際しての位置ずれが生じず、光路長Ｌの精度を高く維持することができるようになる。従って、粒子濃度ＲＮの検出に際してばらつきを抑制することができるようになる。
【００９０】
・上記警報機構１０から警報が発せられるとき、すなわち内燃機関５０の運転について不可である旨の判断がなされたときには、内燃機関５０の機関出力を徐々に低下させて最終的に機関運転を停止させることにより、内燃機関５０の故障を確実に防止することもできる。
【００９１】
・上記実施形態では内燃機関の潤滑油の粒子濃度を検出する装置に本発明を適用した場合について説明したが、他の液体の粒子濃度を検出する装置にも本発明は同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態にかかる粒子濃度検出装置の構成を示す概略図。
【図２】同実施形態における検出機構の構造を示す断面図。
【図３】潤滑油の透過率と光の波長との関係を示すグラフ。
【図４】潤滑油の粒子濃度と透過率との関係について、光の波長を種々変更した場合の態様を示すグラフ。
【図５】同実施形態における粒子濃度検出方法を説明するための概念図。
【図６】同実施形態において、発光素子及び受光素子の環境温度を変化させたときの粒子濃度と透過比との関係を示すグラフ。
【図７】同実施形態において、発光素子及び受光素子の環境温度を変化させたときの粒子濃度と透過比との関係を示すグラフ。
【図８】同実施形態による粒子濃度検出処理の手順を示すフローチャート。
【図９】第２の実施形態における粒子濃度検出方法を説明するための概念図。
【図１０】同実施形態で算出される透過率について、発光素子及び受光素子の環境温度を変化させたときの粒子濃度との関係を示すグラフ。
【図１１】上記実施形態の変形例における検出機構の構造を示す概念図。
【図１２】発光素子の環境温度と発光量との関係を例示するグラフ。
【図１３】発光素子の発光量検出態様について、その一例を示す概念図。
【符号の説明】
３、３’…検出機構、３ａ、３ａ’…ボディー、３ｂ…流路、３ｃ…発光素子、３ｄ…発光部導光体、３ｅ…レンズ、３ｇ…受光素子、３ｈ…受光部導光体、３ｉ…駆動機構、３Ｌ…発光部、３Ｒ…受光部、８…制御装置、９…表示部、１０…警報機構、４０ａ、４０ｂ…検出部、５０…内燃機関、５１…潤滑通路、１２２…受光素子、１３０…反射板。
Claims (6)
- 発光部から液体に光を照射するとともに同液体を透過する透過光の光量を受光部で検出し、この検出された透過光量に基づいて前記液体に混入した粒子の濃度を検出する粒子濃度検出方法において、
異なる光路長の光について前記透過光量を測定し、この測定される透過光量の差違に基づいて前記液体の粒子濃度を検出する
ことを特徴とする粒子濃度検出方法。 - 異なる光路長の光について測定された各透過光量の比に基づいて前記液体の粒子濃度を検出する
請求項１に記載に粒子濃度検出方法。 - 発光部から液体に光を照射するとともに同液体を透過する透過光の光量を受光部で検出し、この検出された透過光量に基づいて前記液体に混入した粒子の濃度を検出する粒子濃度検出方法において、
異なる光路長の光について前記透過光量を測定し、この測定される各透過光量の比及び各光路長の比から求められる透過率に基づいて前記液体の粒子濃度を検出する
ことを特徴とする粒子濃度検出方法。 - 前記異なる光路長の光として少なくとも２種類の光を用い、それら光路長の比が１：２に設定される
請求項３に記載の粒子濃度検出方法。 - 駆動機構によって前記発光部または受光部のうちの少なくとも一方を他方に向けて往復移動させて光路長を変更する
請求項１〜４のいずれかに記載の粒子濃度検出方法。 - 前記発光部及び受光部で構成される検出部を複数用い、それら各検出部における検出に際して発光部から液体に照射される光の光路長が異なる
請求項１〜４のいずれかに記載の粒子濃度検出方法。
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