JP4709591B2 - エンジンのオイルの空気混入率測定装置及び測定方法 - Google Patents
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Description
一方、エンジンを設計する車両メーカーの試験室では、当該エンジンの最適設計のためにエンジンの最少オイルレベルを設定する。
エンジンのオイルレベルを測定することができるように、エンジンには伝統的にディップスチック(dip stick)形態のオイルレベルゲージが装着されている。最近は、オイルレベルを電子的に測定することもある。
オイル内の空気混入率を測定するための装置としては、ドイツFEV社の‘Aerometer’及びフランスIFP社の‘SMAC’という装置が適用されている。前記‘Aerometer’10は、図3に示すように、試験用エンジン内のオイルを一定量取り出して真空シリンダー11でオイルに含まれた空気を迅速に分離させた後、真空シリンダー11を再調整して、真空シリンダー11の内部の圧力を1気圧に合せて空気の体積を測定することができるように構成される。
ところが、前記‘Aerometer’及び‘SMAC’は、全て試験用エンジンのオイルの一定量をシリンダーに取り出した後、閉じ込めて試験しなければならないので、リアルタイムでの測定が不可能であるという問題点があった。
プロセッサーは、密度計を利用して、オイルライン上のオイルの密度を測定する段階、圧力計を利用して、オイルライン上のオイルの圧力を測定する段階、温度計を利用して、オイルライン上のオイルの温度を測定する段階、測定されたオイルの圧力及び測定されたオイルの温度に基づいて純粋オイルの密度を計算する段階、測定されたオイルの圧力及び測定されたオイルの温度に基づいて空気の密度を計算する段階、及び測定されたオイルの密度、測定されたオイルの圧力、計算された純粋オイルの密度、そして計算された空気の密度に基づいてオイルの空気混入率を計算する段階を順次行うことを含み、
純粋オイルの密度を計算する段階で、測定されたオイルの圧力、測定されたオイルの温度、設定された温度及び設定された圧力状態でのオイルの密度、純粋オイルの熱膨張係数、純粋オイルの圧縮率、そして空気の気体定数を〔数1〕に代入して純粋オイルの密度を計算し、
空気の密度を計算する段階で、測定されたオイルの圧力、測定されたオイルの温度、及び空気の気体定数を〔数2〕に代入して空気の密度を計算し、
オイルの空気混入率を計算する段階で、測定されたオイルの密度、測定されたオイルの圧力、計算された純粋オイルの密度、そして計算された空気の密度を〔数3〕に代入して
オイルの空気混入率を計算することを特徴とする。
密度計を利用して、オイルライン上のオイルの密度を測定する段階、圧力計を利用して、オイルライン上のオイルの圧力を測定する段階、温度計を利用して、オイルライン上のオイルの温度を測定する段階、測定されたオイルの圧力及び測定されたオイルの温度に基づいて純粋オイルの密度を計算する段階、測定されたオイルの圧力及び測定されたオイルの温度に基づいて空気の密度を計算する段階、及び測定されたオイルの密度、測定されたオイルの圧力、計算された純粋オイルの密度、そして計算された空気の密度に基づいてオイルの空気混入率を計算する段階を含み、
純粋オイルの密度を計算する段階は、測定されたオイルの圧力、測定されたオイルの温度、設定された温度及び設定された圧力状態でのオイルの密度、純粋オイルの熱膨張係数、純粋オイルの圧縮率、そして空気の気体定数を〔数1〕に代入して純粋オイルの密度を計算し、
空気の密度を計算する段階は、測定されたオイルの圧力、測定されたオイルの温度、及び空気の気体定数を〔数2〕に代入して空気の密度を計算し、
オイルの空気混入率を計算する段階は、測定されたオイルの密度、測定されたオイルの圧力、計算された純粋オイルの密度、そして計算された空気の密度を〔数3〕に代入して
オイルの空気混入率を計算することを特徴とする。
図面に示す図面符号30は前記空気混入率測定装置が適用される試験用エンジンを示すものであり、図面符号40は空気混入率測定のために前記試験用エンジンに形成されるオイルラインを示すものである。
試験用エンジン30は、エンジンの設計過程で当該エンジンに適用するための最少オイルレベルを設定するために、エンジンの実際の作動状況でオイルの量の変化及びオイルの空気混入率との関係から最適値を測定するためのものである。
ただし、オイルポンプ32でポンピングされたオイルを試験のために様々な装置に供給するためのオイルライン40が、オイルフィルター33が装着される位置からエンジン30の外側に露出したまま形成される。
このオイルライン40は、試験用エンジン30に必ず露出されたまま形成されるものではなく、本発明のための測定装置の装着に支障がなければ、試験用エンジンの内側にオイルライン40が形成されてもよい。
また、プロセッサー50は、前記密度計41、圧力計42、及び温度計43から検出されるオイルの密度、オイルの圧力、及びオイルの温度に基づいて前記オイルライン上のオイルの空気混入率を計算する。
プロセッサー50は、設定されたプログラムによって作動する一つ以上のマイクロプロセッサーで実現でき、設定されたプログラムは、後述する本発明の実施例を行うための一連の命令を含むものとすることができる。
また、測定値(ρ、P、T)は、0℃の大気圧状態での純粋オイルの密度[ρo(Patm、0)]、純粋オイルの熱膨張係数(β)、純粋オイルの圧縮率(γ)、空気の気体定数(R)などと共に(数1)、(数2)、(数3)に適用される。
(数1)
(数1)で、(γ)は純粋オイルの圧縮率を示し、(β)は純粋オイルの熱膨張係数を示す。純粋オイルの圧縮率(γ)及び純粋オイルの熱膨張係数(β)は、オイルごとに異なる値を有することがある。
また、(数1)で、ρo(P 0 、T 0 )は設定された温度T0及び設定された圧力P0での純粋オイルの密度を示す。一例として、本発明の実施例では、前記設定された温度T0として摂氏0度を使用し、前記設定された圧力P0として大気圧(1気圧)を使用する。
また、(数1)で、ΔPは測定されたオイルの圧力(P)と前記設定された圧力(P0)との差(P−P0)を示す。
また、数式1で、ΔTは測定されたオイルの温度(T)と前記設定された温度(T0)との差(T−T0)を示す。
すなわち、オイルの密度は、温度及び圧力に大きく左右されるので、基準となる温度及び圧力でのオイルの密度がわかれば、温度変化による密度変化を予測し、また圧力変化による密度変化を予測することによって、測定された実際の温度及び圧力でのオイルの密度を計算することができる。
(数2)
(数2)は、測定されたオイルの圧力(P)及びオイルの温度(T)での空気の密度(ρa)を計算するための数式である。
(数2)で、Rは空気の気体定数を示す。
空気が混入されたオイル及び空気は互いに平衡状態にあるので、これらの温度及び圧力は互いに同一であると考えることができる。したがって、このような前提下で、(数2)は、測定されたオイルの圧力(P)及びオイルの温度(T)での空気の密度を理想気体状態方程式を利用して計算するのである。
(数3)は、(数1)及び(数2)のように計算される純粋オイルの密度(ρo(P、T))及び空気の密度(ρa)を利用して、測定されたオイルの圧力(P)、測定されたオイルの温度(T)、そして測定されたオイルの密度(ρ)からオイルの空気混入率(Ψ)を計算するための数式である。
(数3)で、Patmは大気圧を示す。
空気混入率(Ψ)は、空気が混入したオイルの体積中に空気が占める体積の比率で定義され、したがって、このような空気混入率(Ψ)の定義及び(数3)に含まれた変数の定義から当業者は容易に(数3)を導きだすことができるので、これに関するそれ以上の詳細な説明は省略する。
したがって、オイルライン40の途中に設置された密度計41、圧力計42、温度計43で測定されたオイルの密度(ρ)、圧力(P)、及び温度(T)から、(数1)乃至(数3)で使用される定数値を利用して、試験用エンジンでのオイルの空気混入率(Ψ)は下記のような過程によって測定される。
次に、前段階で測定されたオイルの圧力(P)、温度(T)、及び0℃の大気圧状態でのオイルの密度(ρo(Patm,0))、熱膨張係数(β)、圧縮率(γ)、空気の気体定数(R)を(数1)に代入して純粋オイルの密度(ρ)を計算する段階を行う(S240)。
そして、段階(S210−S230)で検出されたオイルの圧力(P)、温度(T)及び空気の気体定数(R)を下記の(数2)に代入してオイルが含まれていない空気の密度(ρa)を計算する段階を行う(S250)。
このように計算されるオイルの空気混入率(Ψ)を利用して、エンジンの最少オイルレベルを設定する。すなわち、試験室では、試験用エンジン30に注入されるオイルの量を変えて、各オイル量での空気混入率(Ψ)を測定する。
31 オイルパン
32 オイルポンプ
33 オイルフィルター
34 オイルギャラリー
40 オイルライン
41 密度計
42 圧力計
43 温度計
50 プロセッサー
Claims (2)
- エンジン潤滑システム内のオイルの空気混入率を測定する空気混入率測定装置において、
エンジンに装着されたオイルポンプとシリンダーブロック内のオイルギャラリーとを連結するオイルライン、
前記オイルライン上に設置されて、前記オイルライン上のオイルの密度を検出する密度計、
前記オイルライン上に設置されて、前記オイルライン上のオイルの圧力を検出する圧力計、
前記オイルライン上に設置されて、前記オイルライン上のオイルの温度を検出する温度計、及び
前記密度計、前記圧力計、及び前記温度計から検出されるオイルの密度、オイルの圧力、及びオイルの温度に基づいて前記オイルの空気混入率を計算するプロセッサーを含み、
前記プロセッサーは、
前記密度計を利用して、前記オイルライン上のオイルの密度を測定する段階、
前記圧力計を利用して、前記オイルライン上のオイルの圧力を測定する段階、
前記温度計を利用して、前記オイルライン上のオイルの温度を測定する段階、
前記測定されたオイルの圧力及び前記測定されたオイルの温度に基づいて純粋オイルの密度を計算する段階、
前記測定されたオイルの圧力及び前記測定されたオイルの温度に基づいて空気の密度を計算する段階、及び
前記測定されたオイルの密度、前記測定されたオイルの圧力、前記計算された純粋オイルの密度、そして前記計算された空気の密度に基づいて前記オイルの空気混入率を計算する段階を順次行うことを含み、
前記純粋オイルの密度を計算する段階で、
前記測定されたオイルの圧力、前記測定されたオイルの温度、設定された温度及び設定された圧力状態でのオイルの密度、純粋オイルの熱膨張係数、純粋オイルの圧縮率、そして空気の気体定数を〔数1〕に代入して純粋オイルの密度を計算し、
前記空気の密度を計算する段階で、
前記測定されたオイルの圧力、前記測定されたオイルの温度、及び空気の気体定数を〔数2〕に代入して空気の密度を計算し、
前記オイルの空気混入率を計算する段階で、
前記測定されたオイルの密度、前記測定されたオイルの圧力、前記計算された純粋オイルの密度、そして前記計算された空気の密度を〔数3〕に代入して
前記オイルの空気混入率を計算することを特徴とするエンジンのオイルの空気混入率測定装置。 - エンジンに装着されたオイルポンプとシリンダーブロック内のオイルギャラリーとを連結するオイルライン上に設置されて、前記オイルライン上のオイルの密度を検出する密度計、前記オイルライン上に設置されて、前記オイルライン上のオイルの圧力を検出する圧力計、及び前記オイルライン上に設置されて、前記オイルライン上のオイルの温度を検出する温度計を利用してエンジンのオイルの空気混入率を測定する方法であって、
前記密度計を利用して、前記オイルライン上のオイルの密度を測定する段階、
前記圧力計を利用して、前記オイルライン上のオイルの圧力を測定する段階、
前記温度計を利用して、前記オイルライン上のオイルの温度を測定する段階、
前記測定されたオイルの圧力及び前記測定されたオイルの温度に基づいて純粋オイルの密度を計算する段階、
前記測定されたオイルの圧力及び前記測定されたオイルの温度に基づいて空気の密度を計算する段階、及び
前記測定されたオイルの密度、前記測定されたオイルの圧力、前記計算された純粋オイルの密度、そして前記計算された空気の密度に基づいて前記オイルの空気混入率を計算する段階を含み、
前記純粋オイルの密度を計算する段階は、
前記測定されたオイルの圧力、前記測定されたオイルの温度、設定された温度及び設定された圧力状態でのオイルの密度、純粋オイルの熱膨張係数、純粋オイルの圧縮率、そして空気の気体定数を〔数1〕に代入して純粋オイルの密度を計算し、
前記空気の密度を計算する段階は、
前記測定されたオイルの圧力、前記測定されたオイルの温度、及び空気の気体定数を〔数2〕に代入して空気の密度を計算し、
前記オイルの空気混入率を計算する段階は、
前記測定されたオイルの密度、前記測定されたオイルの圧力、前記計算された純粋オイルの密度、そして前記計算された空気の密度を〔数3〕に代入して
前記オイルの空気混入率を計算することを特徴とするエンジンのオイルの空気混入率測定方法。
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