JP2013087707A - エンジンの潤滑油量検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン回転数及び潤滑油の温度による影響を抑制しつつ、検出頻度と検出精度とを共に確保する。
【解決手段】油温Ｔを縦軸、エンジン回転数Ｎを横軸とする２次元平面上において、エンジン回転数Ｎ１〜Ｎ２、油温Ｔ１〜Ｔ２の範囲でエンジン回転数及び油温を独立変数として矩形状に設定される診断領域ＲＡに対して、油温ＴがＴ１〜Ｔ２’（Ｔ２’＜Ｔ２）の範囲では、エンジン回転数と油温との関係を一次関係の直線式で規定した領域判定閾値Ｎｄよりもエンジン回転数Ｎが低い領域を、油温とエンジン回転数との間に相関関係を持たせた診断領域ＲＢとして設定する。これにより、誤検出を生じる可能性が高い低油温・高回転の領域では診断を実施せず、中高回転・中高油温の常用域では診断頻度を確保して確実に油量異常を検出することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、エンジンのオイルパンに貯留される潤滑油の油量を検出するエンジンの潤滑油量検出装置に関する。

エンジンのオイルパンに貯留される潤滑油には規定量が定められており、エンジンの焼付きやオイル上がり等を防止してエンジンを良好に駆動するためには、潤滑油を規定量内に収める必要がある。このため、自動的に潤滑油量を検出するとともに、油量異常が発生しているときには運転者に対して警告を発するようにした装置が開発されている。

このような装置は、オイルパン内の潤滑油の油面高さ（油面レベル）を検出することで油量異常を検出するものが一般的であるが、同一油量であっても運転状態に応じて油面レベルが変化する。このため、特許文献１には、潤滑油の温度に基づいて、潤滑油の油面レベルの検出値を補正し、補正後の油面レベルの値に基づいて潤滑油の消費量を算出する技術が開示されている。

特許第３２０５１７３号公報

しかしながら、潤滑油の油面レベルは、潤滑油の温度（油温）のみならず、エンジン回転数によっても変化する。油温及びエンジン回転数が一定の条件下では、油面レベルと油量とはほぼ比例関係にあるため、図７に示すように、油温及びエンジン回転数が一定の条件下で油面レベルを検出することで、油温・エンジン回転数の影響を受けることなく同一油量で同じ油面レベルを検出することができる。

この場合、油温及びエンジン回転数が一定の条件下では条件を満たす機会が少なくなり、検出頻度が大幅に低下する。従って、或る程度の検出頻度を確保するためには、油温とエンジン回転数との双方の条件に幅を持たせる必要があるが、油温やエンジン回転数が変化した場合、油面レベルの検出値が同じであっても得られる油量に幅を持ってしまう。

図８は、エンジン回転数一定の条件下で油温が高から低までの変化した場合の油面レベルと油量との関係を示しており、油温が低から高まで変化した場合、同じ油面レベルであっても油量幅Ａｔでの油量を得ることになり、同じ油量でも油温が低い場合よりも油温が高い方が油面レベルが高い。これは、油温が高い方が潤滑油の体積膨張と粘度低下によりオイルパンへの戻りが速いためである。

また、図９は、油温一定の条件下でエンジン回転数が高から低までの変化した場合の油面レベルと油量との関係を示しており、エンジン回転数が低から高まで変化した場合、同じ油面レベルであっても油量幅Ａｎでの油量を得ることになり、同じ油量でもエンジン回転数が低い場合よりもエンジン回転数が高い方が油面レベルが低い。これは、エンジン回転数が高い方がオイルパンからの持ち出し油量が多いからである。

更には、エンジン回転数も油温も独立に変化する条件では、検出の機会は最も多くなるものの、同じ油面レベルに対して油量幅が最も広がることになる。逆に言うと、同一油量で様々な油面レベルに変化する。

このように、油面レベルの検出値から油量を検出する場合、エンジン回転数と油温との双方の条件に或る程度の幅を持たせることで検出の頻度を確保できるが、従来では、検出頻度を大きくすると、これに反して同一の油面レベルから検出される油量の幅が拡大してしまい、検出精度の低下を招く。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、エンジン回転数及び潤滑油の温度による影響を抑制しつつ、検出頻度と検出精度とを共に確保することのできるエンジンの潤滑油量検出装置を提供することを目的としている。

本発明によるエンジンの潤滑油量検出装置は、エンジンのオイルパンに貯留される潤滑油の油面レベルに基づいて、前記潤滑油の油量を検出するエンジンの潤滑油量検出装置において、前記オイルパンにおける前記潤滑油の油面レベルを検出する油面センサと、前記エンジンの回転数と前記潤滑油の温度とが両者を互いに相関させて設定した設定領域内にあるか否かを調べ、前記油面センサの出力値に基づく油量検出処理を実施するか否かを判断する油量検出処理実施判断部とを備えるものである。

本発明によれば、エンジン回転数及び潤滑油の温度による影響を抑制しつつ、検出頻度と検出精度とを共に確保することができる。

潤滑油量検出装置を示す概略図 油面センサを示す概略図 潤滑油量検出に係る機能ブロック図 エンジン回転数及び油温の相関設定による油量幅の変化を示す説明図 診断領域の説明図 油量異常診断処理のフローチャート 一定の油温及びエンジン回転数での油面レベルと油量との関係を示す説明図 エンジン回転数を一定とした場合の油面レベルと油量との関係を示す説明図 油温を一定とした場合の油面レベルと油量との関係を示す説明図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１において、符号１０は、エンジン１１の下部に装着されたオイルパン１２の内部に貯留される潤滑油の油量を検出する潤滑油量検出装置を示している。オイルパン１２の内部に貯留された潤滑油はエンジン１１内で循環され、エンジン１１内の各摺動部が潤滑されてエンジン１１の駆動状態が良好に維持される。

この潤滑油をエンジン１１内に循環させるため、シリンダブロック１３やシリンダヘッド１４には油路が形成され、エンジン１１には、オイルストレーナ１５、図示しないオイルポンプ、オイルフィルタ、オイルクーラ等が組み付けられている。オイルポンプを駆動させることによりオイルストレーナ１５から吸引された潤滑油は、オイルポンプを介してオイルクーラやオイルフィルタに導かれ、続いてシリンダブロック１３やシリンダヘッド１４の油路に導入される。そして、クランク機構や動弁機構を潤滑した潤滑油は、再びオイルパン１２に戻される。

また、潤滑油が貯留されるオイルパン１２内には、潤滑油の油面レベルを検出する油面センサ１６が設置されており、この油面センサ１６の出力値に基づいて、潤滑油の油量を検出する油量検出処理がマイクロコンピュータを中心として構成される電子制御ユニット(ＥＣＵ)５０にて実施される。本実施の形態においては、ＥＣＵ５０における油量検出処理は、油面センサ１６の出力値（油面レベルの検出値）から油面レベルの異常つまり潤滑油の油量異常を診断する処理として実施され、潤滑油量が適量範囲から外れたとき、油量警告灯３０を点灯させ、運転者に警告を発する。尚、ＥＣＵ５０は、運転者の操作によってＯＮ，ＯＦＦされるイグニッションスイッチ１を介して電源２に接続されている。

後述するように、油面レベルの異常診断に際しては、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数と潤滑油の温度（油温）とを互いに相関させて設定した領域内で診断処理を実施し、診断の機会を確保しつつ、エンジン回転数及び油温による影響を抑制して検出精度の向上を図るようにしている。このため、ＥＣＵ５０は、エンジン１１のクランク軸１１ａに軸着するクランクロータ１１ｂの外周に対設されたクランク角センサ１７からの信号と、オイルパン１２内に臨まされた油温センサ１８からの信号とを入力し、クランク角センサ１７からの信号に基づくエンジン回転数と油温センサ１８からの信号に基づく油温とによる領域が設定領域内にあるとき、油面レベルの異常診断を行う。

ここで、油面センサ１６の構成について説明する。油面センサ１６は、本実施の形態においては、フロート式スイッチにより構成されており、潤滑油の適量範囲を定める上限レベルＬｈと下限レベルＬｌとを検出可能に構成されている。具体的には、図２に示すように、油面センサ１６は中空の支持軸２０を備え、この支持軸２０に、磁石を備えた環状の上限フロート２４と下限フロート２５とが上下動自在に支持されている。

支持軸２０の両端には端部ストッパ２１，２２が組み付けられ、支持軸２０の長手方向のほぼ中央には中間ストッパ２３が組み付けられている。上限フロート２４は端部ストッパ２１と中間ストッパ２３との間に配置され、下限フロート２５は端部ストッパ２２と中間ストッパ２３との間に配置されている。

上限フロート２４や下限フロート２５は、潤滑油よりも比重の軽い材料によって形成されており、潤滑油の油面レベルに応じて、上限フロート２４は端部ストッパ２１と中間ストッパ２３とにより区画される第１検出範囲Ｒ１内で上下動し、下限フロート２５は端部ストッパ２２と中間ストッパ２３とにより区画される第２検出範囲Ｒ２内で上下動することになる。

また、支持軸２０の内部には上限スイッチである上限リードスイッチ２６と下限スイッチである下限リードスイッチ２７とが収容されている。上限リードスイッチ２６は端部ストッパ２１と中間ストッパ２３との間に配置され、下限リードスイッチ２７は端部ストッパ２２と中間ストッパ２３との間に配置されている。

上限リードスイッチ２６はＥＣＵ５０を介して電源２に接続され、下限リードスイッチ２７は接地されており、上限リードスイッチ２６と下限リードスイッチ２７とは直列に接続されている。このように、相互に接続される電源２、ＥＣＵ５０、上限リードスイッチ２６および下限リードスイッチ２７により、潤滑油の油量異常を検出する異常検出回路２８が形成されている。

尚、上限リードスイッチ２６は、上限フロート２４が検出範囲Ｒ１の下端に移動したとき、つまり検出範囲Ｒ１の下端を設定する中間ストッパ２３に接触したときに、上限フロート２４の磁石２４ａにほぼ対面するように配置されている。また、下限リードスイッチ２７は、下限フロート２５が検出範囲Ｒ２の上端に移動したとき、つまり検出範囲Ｒ２の上端を設定する中間ストッパ２３に接触したときに、下限フロート２５の磁石２５ａにほぼ対面するように配置されている。

このようなリードスイッチ２６，２７は以下のように作動する。フロート２４，２５に組み込まれた磁石２４ａ，２５ａがリードスイッチ２６，２７に近づくと、リードスイッチ２６，２７の金属板に十分な磁力線が通過するようになり、金属板に作用する吸引力によってリードスイッチ２６，２７の接点が閉じられる一方、フロート２４，２５に組み込まれた磁石２４ａ，２５ａがリードスイッチ２６，２７から離れると、金属板を通過していた磁力線が減少するようになり、金属板のばね力によってリードスイッチ２６，２７の接点が開かれる。

従って、図２に実線で示すように、潤滑油が下限レベルＬｌまで低下したときには、下限フロート２５の磁石２５ａが下限リードスイッチ２７から離れるため、下限リードスイッチ２７の接点が開く。また、図２に破線で示すように、潤滑油が上限レベルＬｈまで上昇したときには、上限フロート２４の磁石２４ａが上限リードスイッチ２６から離れるため、上限リードスイッチ２６の接点が開く。そして、油面レベルが適量範囲内、つまり上限レベルＬｈと下限レベルＬｌとの間に保たれている場合には、上限フロート２４および下限フロート２５がそれぞれに対応するリードスイッチ２６，２７に接近した状態となるため、上限リードスイッチ２６と下限リードスイッチ２７との接点は共に閉じる。

このように、潤滑油が適量範囲内に保たれる場合には、上限リードスイッチ２６と下限リードスイッチ２７とが共にオン状態に切り換えられ、異常検出回路２８が通電状態となる。一方、潤滑油が適量範囲を超えて減少または増加している場合には、上限リードスイッチ２６または下限リードスイッチ２７がオフ状態に切り換えられ、異常検出回路２８が遮断状態となる。そして、ＥＣＵ５０により異常検出回路２８が遮断状態であると認識され、潤滑油の油量異常が発生していると診断された場合には、ＥＣＵ５０から油量警告灯３０に点灯信号が出力され、油量異常が運転者に対して警告される。

尚、油面センサとして上限フロートと下限フロートを有するものを開示したが、これに限られるものではなく、フロート式の油面センサであれば、どのような形態であっても良い。

また、油面センサはフロート式に限らず、圧力式、超音波式、電波式等、油面検出が可能なものであれば、どのような形態であっても良い。さらに、運転者に警告する際の手段としては、油量警告灯３０の点灯に限られることはなく、警告ブザーを鳴らすようにしても良い。

前述したように、ＥＣＵ５０による油量異常の診断処理は、エンジン回転数と油温とを所定の相関関係で関連付けて設定される設定領域内で実施される。このため、ＥＣＵ５０は、潤滑油量検出に係る機能として、図３に示すように、診断実施判断部５１と、油量異常診断部５２とを備えている。診断実施判断部５１は、油面センサ１６の出力値に基づく油量検出処理を実施するか否かを判断する油量検出処理実施判断部として機能するものであり、本実施の形態においては、油量検出処理は、潤滑油の油量異常を油面レベルの異常として診断する診断処理である。油量異常診断部５２は、油面センサ１６の出力値から検出される油面レベルにより、潤滑油量が適量範囲内に保たれているか否かを診断する。

詳細には、診断実施判断部５１は、エンジン回転数Ｎと油温Ｔとが所定の相関関係で設定された設定領域内にあるか否かを調べ、この領域内にあるとき、油量異常診断部５２に診断実施を指示し、設定領域外のとき、油量異常診断部５２に診断中止を指示する。診断を実施する診断領域は、潤滑油の油温とエンジン回転数とを独立変数としてそれぞれの範囲を設定した領域ではなく、油温とエンジン回転数とを互いに相関させて設定した領域とする。

ここでは、エンジン回転数及び油温が一定の条件下で、油面センサ１６で検出する油面レベルと油量とがほぼ比例関係にあるとき、診断を実施するエンジン回転数と油温の範囲を、図４に示すように、エンジン回転数ＮＬ〜ＮＨ（ＮＬ＜ＮＨ）の範囲、油温ＴＬ〜ＴＨ（ＴＬ＜ＴＨ）の範囲として説明する。

このとき、エンジン回転数と油温とを独立変数として診断領域を設定すると、一定の条件（エンジン回転数ＮＬ且つ油温ＴＬ）下で油量Ｑの油面レベルＰが一意的に決定されるのに対して、エンジン回転数と油温とを独立変数として設定した診断領域内で検出される油面レベルＰから得られる油量は、油量幅Ａ１すなわちエンジン回転数ＮＬ且つ油温ＴＨに対応する油量からエンジン回転数ＮＨ且つ油温ＴＬに対応する油量までの幅を持つことになる。逆に言えば、同じ油量Ｑに対しては、油面レベルは油面検出幅Ｂ１をもって検出されることになる。

従って、本実施の形態においては、診断領域を設定する際に油温とエンジン回転数との間に相関関係を持たせ、油温が低いときは高いエンジン回転数では診断を実施せず、油温が高くなるとエンジン回転数の幅を広げて診断を実施するような領域設定を行う。このような領域設定により、図４に示すように、油面センサ１６で検出される油面レベルＰに対応する油量の幅を、油量幅Ａ１から油量幅Ａ２（Ａ２＜Ａ１）に狭めることができる。同じ油量Ｑに対しては、検出される油面レベルの幅を、油面検出幅Ｂ１から油面検出幅Ｂ２（Ｂ２＜Ｂ１）に狭めることができる。

具体的には、油温Ｔを縦軸、エンジン回転数Ｎを横軸とする２次元領域において、エンジン回転数Ｎ１〜Ｎ２、油温Ｔ１〜Ｔ２の範囲でエンジン回転数及び油温を独立変数として矩形状に設定される図５（ａ）の診断領域ＲＡに対して、図５（ｂ）に示すような診断領域ＲＢを設定する。診断領域ＲＢは、油温Ｔ（Ｔ１〜Ｔ２’；Ｔ２’＜Ｔ２）の範囲では、エンジン回転数Ｎが以下の（１）式で示す回転数（領域判定閾値）Ｎｄよりも低い領域を、油温とエンジン回転数との間に相関関係を持たせた診断領域として設定するものである。
Ｎｄ＝ａ×Ｔ＋ｂ …（１）

（１）式は、エンジン回転数と油温との関係を一次関係の直線式で規定しており、直線式の傾きａ、切片ｂは、それぞれ、以下の（２），（３）式で決定される。
ａ＝（Ｎ２−Ｎ１）／（Ｔ２’−Ｔ１） …（２）
ｂ＝（Ｎ１×Ｔ２’−Ｎ２×Ｔ１）／（Ｔ２’−Ｔ１） …（３）

例えば、Ｔ１＝６０［°Ｃ］、Ｔ２’＝１００［°Ｃ］、Ｎ１＝１０００［ｒｐｍ］。Ｎ２＝２５００［ｒｐｍ］とするとき、油温Ｔ１〜Ｔ２’（Ｔ２’＜Ｔ２；例えば、Ｔ２＝１２０［°Ｃ］）の範囲で、傾きａ＝３７．５、切片ｂ＝−１２５０の直線よりも上側の領域を診断領域として、潤滑油の油量異常の診断を実施する。

これにより、誤検出を生じる可能性が高い低油温・高回転の領域では、診断を実施しないことで誤診断を回避し、中高回転・中高油温の常用域では、診断頻度を確保して確実に油量異常を検出することができる。また、低油温の領域でも、診断頻度をそれ程低下させることなく検出精度を確保することができ、短時間、短距離の運転に対応することができる。

油量異常診断部５２は、診断実施判断部５１からの診断実施指示により、油面センサ１６からの信号に基づいて油面レベルの異常つまり潤滑油の油量異常を診断する。潤滑油が上限レベルＬｈを上回る場合や下限レベルＬｌを下回る場合、つまり潤滑油量が適量範囲から外れる場合には、油面センサ１６内に収容される異常検出回路２８が遮断状態となるため、この異常検出回路２８の遮断状態を認識したとき、油量異常と判定して油量警告灯３０を点灯させる。

以上の機能は、具体的には、ＥＣＵ５０で実行される油量異常診断のプログラム処理にて実現される。次に、ＥＣＵ５０にて実行される油量異常診断のプログラム処理について、図６に示すフローチャートを用いて説明する。

図６のフローチャートに示す油量異常診断処理は、所定時間或いは所定周期毎に実行されるプログラム処理であり、先ず、ステップＳ１において、潤滑油の油温Ｔが低温側の設定温度Ｔ１以上か否かを調べる。その結果、Ｔ＜Ｔ１の低油温状態である場合には、ステップＳ１からステップＳ９へ分岐して診断無しと判断し、本処理を抜ける。

一方、ステップＳ１においてＴ≧Ｔ１の場合には、ステップＳ２で油温Ｔが高温側の設定温度Ｔ２’以上か否かを調べる。Ｔ＜Ｔ２’の場合、ステップＳ２からステップＳ３へ進んでエンジン回転数Ｎが低回転側の設定回転数Ｎ１以上か否かを調べ、Ｎ＜Ｎ１の場合、ステップＳ９の診断無しの判定を経て本処理を抜け、Ｎ≧Ｎ１の場合、ステップＳ４へ進む。

ステップＳ４では、エンジン回転数Ｎが油温Ｔとの相関関係によって規定される前述の（１）式の回転数（領域判定閾値）Ｎｄ以下である条件を満たすか否かを調べる。Ｎ＞Ｎｄの場合、ステップＳ４からステップＳ９の診断無しの判定を経て本処理を抜け、Ｎ≦Ｎｄの場合、ステップＳ４からステップＳ８へ進んで診断を実施する。すなわち、前述の図５（ｂ）に示すように、エンジン回転数Ｎが領域判定閾値Ｎｄを超えている場合には診断領域ＲＢ外となるため、診断を実施せず、エンジン回転数Ｎが領域判定閾値Ｎｄ以下の場合、診断領域ＲＢ内となるため、診断を実施する。

一方、ステップＳ２においてＴ≧Ｔ２’の場合には、ステップＳ２からステップＳ５へ進み、油温Ｔが設定温度Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ２’）以下か否かを調べる。ステップＳ５において、Ｔ＞Ｔ２の場合、図５（ｂ）の診断領域ＲＢ外となるため、診断を実施することなく（ステップＳ９）本処理を抜け、Ｔ≦Ｔ２の場合、ステップＳ６，Ｓ７で、低回転側の設定回転数Ｎ１及び高回転側の設定回転数Ｎ２による条件を調べる。

その結果、Ｎ≧Ｎ１且つステップＳ７でＮ≦Ｎ２の条件を満足する場合、図５（ｂ）の診断領域ＲＢ内となるため、ステップＳ６，Ｓ７からステップＳ８へ進んで診断を実施する。ステップＳ６においてＮ＜Ｎ１、或いはステップＳ７においてＮ＞Ｎ２の場合には、図５（ｂ）の診断領域ＲＢ外となるため、診断を実施することなく（ステップＳ９）本処理を抜ける。

このように本実施の形態においては、エンジン回転数及び油温が両者を互いに相関させて設定した診断領域内にあるか否かにより異常診断処理を実施するか否かを判断するので、誤検出を生じる可能性が高い領域での誤診断を防止しならが常用域で診断頻度を確保して確実に油量異常を検出することができる。また、短時間、短距離の低油温状態での運転が多い場合であっても、診断頻度を低下させることなく検出幅を小さくすることができ、検出精度の向上に寄与することができる。

１０ 潤滑油量検出装置
１１ エンジン
１２ オイルパン
１６ 油面センサ
１７ クランク角センサ
１８ 油温センサ
５０ 電子制御ユニット
５１ 診断実施判断部（油量検出処理実施判断部）
５２ 油量異常診断部
Ｎ エンジン回転数
Ｎｄ 回転数（領域判定閾値）
ＲＢ 診断領域
Ｔ 油温

Claims (4)

1. エンジンのオイルパンに貯留される潤滑油の油面レベルに基づいて、前記潤滑油の油量を検出するエンジンの潤滑油量検出装置において、
   前記オイルパンにおける前記潤滑油の油面レベルを検出する油面センサと、
   前記エンジンの回転数と前記潤滑油の温度とが両者を互いに相関させて設定した設定領域内にあるか否かを調べ、前記油面センサの出力値に基づく油量検出処理を実施するか否かを判断する油量検出処理実施判断部と
   を備えることを特徴とするエンジンの潤滑油量検出装置。
2. 前記設定領域は、前記エンジンの回転数と前記潤滑油の温度との一次関係式を用いて設定される領域であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの潤滑油量検出装置。
3. 前記油量検出処理は、前記潤滑油の油量異常を前記油面レベルの異常として診断する診断処理であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの潤滑油量検出装置。
4. 前記油面センサは、前記潤滑油の油面レベルに応じて上下動するフロートと、該フロートの上下動に応じて開閉されるスイッチとを備えるフロート式スイッチであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のエンジンの潤滑油量検出装置。

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