JP2010248927A - 内燃機関のオイル希釈率判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関のオイル希釈率判定装置に関し、バイオディーゼル燃料と軽油とを単独で或いは一緒に燃焼室へと導いて運転される内燃機関において、オイル中のバイオディーゼル燃料によるオイル希釈率を正確に判定することを目的とする。
【解決手段】バイオディーゼル燃料と軽油とを単独で或いは一緒に燃焼室２４へと導いて運転されるディーゼルエンジン１０を備える。オイルパン２８内のオイル中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ３０を備える。酸素濃度センサ３０により検出されるオイル中の酸素濃度に基づいて、バイオディーゼル燃料によるオイルの希釈率を判定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関のオイル希釈率判定装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、アルコール燃料に代表される単一低沸点成分燃料と当該単一低沸点成分燃料とは性状の異なる少なくとも１種類の燃料とを用いて運転される多種燃料内燃機関が開示されている。この特許文献１には、オイルパン内の潤滑油におけるアルコール濃度をアルコール濃度センサを用いて検出することにより、アルコール燃料による潤滑油の希釈率を検出する手法が開示されている。

特開２００８−２０２４７２号公報 特開２００８−２８６０３３号公報 実開平４−１２３３１６号公報 実開平２−２６７１２号公報

ところで、バイオディーゼル燃料と軽油との混合燃料を使用する内燃機関が知られている。軽油に対してバイオディーゼル燃料が混合された燃料によるオイル希釈が発生した場合、オイル温度が上昇すると、軽油中の軽質分が揮発することによりオイル中の燃料に含まれる軽油量は減少する。しかしながら、バイオディーゼル燃料は軽油よりも重質な成分で構成されているので、内燃機関におけるオイル最高温度（１３０℃程度）での運転中であっても、バイオディーゼル燃料分が揮発せずにオイル中に残留して累積していく。このため、このバイオディーゼル燃料によるオイル希釈がオイルの品質低下に与える影響は、軽油と比較して大きいといえる。従って、バイオディーゼル燃料によるオイル希釈率を正確に検出できることが必要とされる。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、バイオディーゼル燃料と軽油とを単独で或いは一緒に燃焼室へと導いて運転される内燃機関において、オイル中のバイオディーゼル燃料によるオイル希釈率を正確に判定することのできる内燃機関のオイル希釈率判定装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、内燃機関のオイル希釈率判定装置であって、
バイオディーゼル燃料と軽油とを単独で或いは一緒に燃焼室へと導いて運転される内燃機関のオイル希釈率判定装置であって、
前記内燃機関の内部を流通するオイル中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
前記酸素濃度検出手段により検出されるオイル中の酸素濃度に基づいて、前記バイオディーゼル燃料によるオイルの希釈率を判定するオイル希釈率判定手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記オイル希釈率判定手段は、前記酸素濃度検出手段により検出されるオイル中の酸素濃度が所定の判定値以上である場合に、前記バイオディーゼル燃料によるオイルの前記希釈率が許容希釈範囲から外れたと判定することを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記オイル希釈率判定手段によってオイルの前記希釈率が前記許容希釈範囲から外れたと判定された場合に、その状況の発生を警報する警報手段を更に備えることを特徴とする。

内燃機関内部を流通するオイルには、ブローバイガス等から燃料が混入し、混入した燃料によってオイルの希釈が生ずる。軽油には、酸素が含まれていないのに対し、バイオディーゼル燃料には、所定割合の酸素が含まれている。第１の発明によれば、オイル中の酸素濃度に基づいて、バイオディーゼル燃料によるオイルの希釈率を判定することにより、バイオディーゼル燃料（バイオ１００％）のオイルへの混入割合（つまり、オイルの希釈率）を正確に割り出して判定できるようになる。

第２の発明によれば、オイルの品質低下に影響の大きなバイオディーゼル燃料のみの混入（希釈）を利用して、現在のオイルの希釈状態が許容希釈範囲内であるか否かを正確に判断することができる。

第３の発明によれば、バイオディーゼル燃料によるオイルの希釈率が許容希釈範囲から外れたと判定された場合に、その状況の発生を運転者に知らせて、オイルの交換等の対処を促すことができるようになる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、自動車に搭載されるディーゼルエンジン１０を備えている。ディーゼルエンジン１０の燃料は、燃料タンク１２に貯留されている。燃料タンク１２には、軽油１００％の燃料、或いは、軽油とバイオディーゼル燃料との混合燃料が給油されるものとする。

燃料タンク１２内の燃料は、燃料パイプ１４を通ってディーゼルエンジン１０側へ移送される。燃料パイプ１４の途中には、燃料ポンプ１６が設置されている。燃料ポンプ１６によって加圧された高圧の燃料は、コモンレール１８内に貯留され、このコモンレール１８から、各気筒の燃料噴射弁２０へ分配される。

また、ディーゼルエンジン１０の筒内には、ピストン２２が配置されている。ピストン２２を間に介する燃焼室２４の反対側には、クランク室２６が形成されている。クランク室２６の下部には、ディーゼルエンジン１０の各部を潤滑するオイルを溜めるためのオイルパン２８が取り付けられている。

オイルパン２８には、当該オイルパン２８内のオイル中の酸素濃度を検出するための酸素濃度センサ３０が設置されている。このような酸素濃度センサ３０の具体的なセンシング方式は特に限定されるものではないが、例えば、オイル中の光透過率を検出する光透過率センサやオイルの誘電率を検出する誘電率センサ等を用いることができる。

また、ディーゼルエンジン１０が搭載される車両のインストルメントパネル３２には、本実施形態においてバイオディーゼル燃料によるオイルの希釈率が許容希釈範囲から外れたと判定された場合に、その状況の発生やオイル交換の必要性などを運転者に知らせるための表示部（警告灯）３４が組み込まれている。

本実施形態のシステムは、更に、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０を更に備えている。ＥＣＵ４０には、酸素濃度センサ３０とともに、ディーゼルエンジン１０の運転状態を検出するための各種のセンサが接続されている。また、ＥＣＵ４０には、燃料ポンプ１６および燃料噴射弁２０とともに、ディーゼルエンジン１０の運転状態を制御するための各種のアクチュエータが接続されている。更に、ＥＣＵ４０には、表示部３４が接続されている。

以上説明したように、本実施形態のシステムでは、軽油とともにバイオディーゼル燃料の使用が想定されている。軽油に対してそのようなバイオディーゼル燃料が混合された燃料によるオイル希釈が発生した場合、オイル温度が上昇すると、軽油中の軽質分が揮発することによりオイル中の燃料に含まれる軽油量は減少する。しかしながら、バイオディーゼル燃料は軽油よりも重質な成分（炭素数Ｃが１６以上の成分）のみで構成されているので、ディーゼルエンジン１０におけるオイル最高温度（１３０℃程度）での運転中であっても、バイオディーゼル燃料分が揮発せずにオイル中に残留して累積していく。

また、バイオディーゼル燃料は、軽油に比べて、経時的に酸化劣化し易いという性質を有している。酸化劣化は、酸素があり、かつ高温な状態で促進される。このため、バイオディーゼル燃料が高温のオイル中に混入すると、バイオディーゼル燃料が高温場かつ酸素場に曝された状態となるので、容易に酸化劣化してしまう。また、オイル中のバイオディーゼル燃料の酸化は、オイルの酸化促進にも作用する。

以上より、オイルの品質低下に対してバイオディーゼル燃料によるオイル希釈が与える影響は、軽油と比較して非常に大きいといえる。従って、バイオディーゼル燃料によるオイル希釈率を正確に検出できることが必要とされる。

そこで、本実施形態では、オイルパン２８内のオイル中の酸素濃度を、酸素濃度センサ３０を用いて検出するようにした。そして、検出されたオイル中の酸素濃度に基づいて、バイオディーゼル燃料によるオイルの希釈率を判定するようにした。具体的には、検出されたオイル中の酸素濃度が、バイオディーゼル燃料中の所定酸素濃度とオイル希釈率の所定の限界値とから得られた判定値以上である場合に、バイオディーゼル燃料によるオイルの希釈率が許容希釈範囲から外れたと判定するようにした。

更に、本実施形態では、上記判定によってバイオディーゼル燃料によるオイルの希釈率が許容希釈範囲から外れたと判定された場合には、表示部３４を用いて、運転者に対してオイル交換等の対処が必要であることを警報するようにした。

図２は、上記の機能を実現するために、ＥＣＵ４０が実行するルーチンのフローチャートである。
図２に示すルーチンでは、先ず、酸素濃度センサ３０を用いてオイル中の酸素濃度が検出される（ステップ１００）。

次に、上記ステップ１００において検出されたオイル中の酸素濃度が閾値（上記所定の判定値）以上であるか否かが判別される（ステップ１０２）。本ステップ１０２の判定値は、例えば、次のように設定することができる。すなわち、バイオディーゼル燃料の一例として、菜種メチルエステル（ＲＭＥ：Rapeseed Methyl Esther）の場合には、ＲＭＥ１００％の燃料中の酸素濃度は、約１１％である。従って、オイル希釈率の所定の限界値を例えば２０％とすると、許容されるオイル希釈率という観点での酸素濃度の限界値（つまり、本ステップ１０２の判定値）は、（０．２×０．１１）×１００＝２．２％として算出することができる。

上記ステップ１０２において、オイル中の酸素濃度の検出値が上記判定値以上であると判定された場合には、オイルの希釈率が許容希釈範囲から外れたものと判定される（ステップ１０４）。次いで、表示部３４にオイル交換を促す警告が表示される（ステップ１０６）。

軽油には、酸素が含まれていないのに対し、バイオディーゼル燃料には、所定割合の酸素が含まれている。このため、図２に示すルーチンによれば、オイル中の酸素濃度を検出することにより、バイオディーゼル燃料（バイオ１００％）のオイルへの混入割合（つまり、オイルの希釈率）を正確に割り出して判定できるようになる。つまり、オイル中の酸素濃度に基づく手法によれば、オイル希釈の尺度として、希釈の絶対量ではなくオイル品質への影響の大きなオイル中のバイオディーゼル燃料成分量を正確に検出することができ、これにより、バイオディーゼル燃料によるオイル希釈率を正確に判定することができる。

そして、上記ルーチンによれば、検出されたオイル中の酸素濃度を所定の判定値と比較したオイル希釈率の判定を行っているので、オイルの品質低下に影響の大きなバイオディーゼル燃料のみの混入（希釈）を利用して、現在のオイルの希釈状態が許容希釈範囲内であるか否かを正確に判断することができる。

また、既述したように、バイオディーゼル燃料は軽油よりも重質な成分（炭素数Ｃが１６以上の成分）のみで構成されているので、オイルの温度にかかわらず、オイル中のバイオディーゼル燃料分が揮発することはない。このため、オイルの温度変化に伴うオイル中の酸素濃度変化は少ない。この点がバイオ燃料の１つであるバイオエタノールと大きく異なる点である。従って、上記ルーチンの手法によれば、オイルの温度状態に関係なく、バイオディーゼル燃料によるオイルの希釈率を正確に判定することができる。

また、オイル中の酸素濃度に基づく本実施形態のオイル希釈率の判定手法によれば、使用される混合燃料におけるバイオディーゼル燃料濃度に関係なく、バイオディーゼル燃料成分（バイオ１００％）のみによるオイル希釈率を判定することができる。

更に、上記ルーチンによれば、オイル中の酸素濃度があるレベル以上となることで現在使用しているオイルの希釈率が許容希釈範囲を超えたと判定された場合に、表示部３４を点灯させることにより、その状況の発生を運転者に知らせて、オイルの交換を促すことができる。これにより、ディーゼルエンジン１０に問題が生ずるのを未然に防ぐことができる。

ところで、上述した実施の形態１においては、オイルパン２８に取り付けられた酸素濃度センサ３０を用いてオイル中の酸素濃度を検出するようにしているが、本発明における酸素濃度検出手段の配置場所は、内燃機関の内部に設けられたオイルの流通経路中であれば、オイルパンに限定されるものではない。

尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「酸素濃度検出手段」が、上記ステップ１０２および１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「オイル希釈率判定手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第３の発明における「警報手段」が実現されている。

１０ ディーゼルエンジン
１２ 燃料タンク
１４ 燃料パイプ
１６ 燃料ポンプ
１８ コモンレール
２０ 燃料噴射弁
２２ ピストン
２４ 燃焼室
２６ クランク室
２８ オイルパン
３０ 酸素濃度センサ
３２ インストルメントパネル
３４ 表示部
４０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)

Claims (3)

1. バイオディーゼル燃料と軽油とを単独で或いは一緒に燃焼室へと導いて運転される内燃機関のオイル希釈率判定装置であって、
   前記内燃機関の内部を流通するオイル中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
   前記酸素濃度検出手段により検出されるオイル中の酸素濃度に基づいて、前記バイオディーゼル燃料によるオイルの希釈率を判定するオイル希釈率判定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関のオイル希釈率判定装置。
2. 前記オイル希釈率判定手段は、前記酸素濃度検出手段により検出されるオイル中の酸素濃度が所定の判定値以上である場合に、前記バイオディーゼル燃料によるオイルの前記希釈率が許容希釈範囲から外れたと判定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関のオイル希釈率判定装置。
3. 前記オイル希釈率判定手段によってオイルの前記希釈率が前記許容希釈範囲から外れたと判定された場合に、その状況の発生を警報する警報手段を更に備えることを特徴とする請求項２記載の内燃機関のオイル希釈率判定装置。

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