JP4794434B2 - サービス流体を機械へ充填するプロセス中に、液体サービス流体中に含まれる蛍光性および／または光吸収性の少なくとも１種の指標を自動的に検出する装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、サービス流体（service fluid）を機械へ充填するプロセス中に、液体サービス流体中に含まれる蛍光性および／または光吸収性の少なくとも１種の指標を自動的に検出する装置および方法に関する。

本出願で意図する液体サービス流体は、特に、潤滑オイル、エンジンオイル、ハイドロリックオイルおよびこれらに類似のものである。

機械のサービス流体、特に内燃機関における潤滑オイルの選択は、機械の耐用年数を向上させる上でますます重要になっている。不適切なオイルの使用は、場合によっては機械の早期故障を招くことがあるが、その一方で、特に高級な潤滑オイルは標準以上の使用期間を補償している。オイル交換時または補充時に手動によって充填を行った場合、うっかりして不適切な潤滑オイルを選択してしまうことによって起こる誤りは排除できない。このことは、例えば、個々のエンジンの型に合わせて製造および調整された潤滑オイルを必要する自動車エンジンが増えているので、ますます無視できなくなっている。不適切なサービス流体を充填したことに直ちに気づかなければ、極めて不都合な作用が生じる、例えば機械の早期の故障に至る可能性がある。

さらに、サービス流体の交換時期を決定するためには、サービス流体の品質が重要である。近年の自動車は、既にオンボードコンピュータを備えていて、このコンピュータが、様々な運転パラメータに関連してオイルの交換時期を算出するもしくは適合させる。しかし、この場合、充填された潤滑オイルの品質が、自動的に考慮されることはない。

特許文献では、動力燃料を標識するための色素が既に知られている。米国特許第６２７４３８１号明細書によれば、動力燃料中で２種以上の可視の色素を使用することが提案されており、この色素の最大吸収は異なる波長で得られる。このような標識された動力燃料の試料を適切な実験用機器内に導入することにより、指標を特定することができる。米国特許第６２７４３８１号明細書によれば、その場合、光源を使用し、その指標特有の吸収を検出する。

別の方法は、米国特許第５９２８９５４号明細書より公知である。この特許文献では、標識すべき液体中で蛍光色素を使用することが提案されている。指標の検出は、検査すべき微量の物質を投入する試料受容部を備えている実験用機器内で行う。次に、レーザーダイオードを用いて試料への放射を行って、現れたその蛍光色素特有の蛍光を測定する。

サービス流体のための別の蛍光色素は、米国特許第５７２９９６７号明細書からも知られている。

本発明の課題は、機械中で使用されているサービス流体の種類の自動的な検出を可能にすることである。

この課題は、サービス流体を機械、特に車両のエンジンへ充填するプロセス中に、液体サービス流体中に含まれる、蛍光を発しかつ／または光を吸収する少なくとも１種の指標を自動的に検出する装置であって、サービス流体のための充填管であって、この充填管を通して充填すべきサービス流体が機械のサービス流体貯蔵容器に到達する充填管と、光透過性の材料によって形成された測定路であって、サービス流体をサービス流体管へ充填する際に、サービス流体が少なくとも部分的に充填するかまたは貫流する測定路と、この測定路に放射する少なくとも１つの光源と、光受容器であって、サービス流体が測定路を貫流する時に、サービス流体中を通過しかつ／または蛍光作用によって指標から発せられる光が当たり、この光受容器に当たる光の強さに依存する少なくとも１つの測定信号を生成する光受容器と、この光受容器の少なくとも１つの測定信号を評価する評価ユニットとを備えている装置によって解決される。

本発明による構成によって、まず、液体サービス流体を機械へ充填する時に、液体サービス流体、特にその種類または品質を自動的に検出することが可能となる。

本発明によれば、通常使用されるサービス流体が、極めて小さな吸収を示す吸収スペクトル領域を有していることが分かった。潤滑オイルに関しては、５００〜１０００ｎｍの領域では吸収が現れないかまたは現れる九州は小さく、したがって、指標を使用して標識するためにはこの領域が特に適当であることが分かった。５００ｎｍより大きな領域では、励起光がサービス流体によって吸収されないかまたはほとんど吸収されないので、蛍光指標の励起が十分可能である。同様に、５００ｎｍを超える領域では、サービス流体の吸収は測定結果に影響を与えないかまたはわずかしか影響を与えないので、蛍光指標から発せられた光を特に良好に測定することができる。

本発明によれば、色素、特に蛍光色素を、指標としてサービス流体に添加することができる。この色素を、サービス流体を機械へ充填する際に、本発明の装置によって自動的に検出することができる。これに対応して、本発明による装置は、サービス流体のための充填管に加え、光透過性の材料によって形成された測定路を備えており、サービス流体を機械へ充填する際、この測定路には、サービス流体が少なくとも部分的に充填するかまたは貫流する。光源および光受容器を用いて、１種または複数種の指標およびその濃度を測定することができる。これによって得られた測定信号は、続いて、評価ユニットを通してさらに処理される。例えば、この測定信号をまず評価マトリックスに保存されているデータと比較し、それにより機械に充填されているサービス流体に関する情報を得ることが可能である。次に、この情報を、例えば充填されたサービス流体の品質に適合するサービス流体の交換時期を算出するために自動的に使用することができる。

有利な態様によれば、光受容器が、少なくとも２つの光センサを有しており、これらの光センサは、互いに異なる振動数領域を有しており、それぞれが１つの測定信号を生成する。これにより、本発明による装置によって、複数の指標を測定することができる。本発明によって指標の様々な濃度閾値を決定できることを考えると、多数のコーディングを得ることができる。２種の指標および４つの濃度段階を使用する場合、１６のコーディングが得られる。３種の色素および４つの濃度段階を使用すると、その数は６４にまで増大し、４つの指標を使用することにより、２５６のコーディングを得ることができる。

本発明の有利な態様によれば、光源および光受容器が測定路の途中に設けられており、０〜１７０度の角度で、測定路の周りに配置されている。特に有利には、光源および光受容器は、３０〜１４０度、特に６０〜１２０度の角度で配置されている。これによって、蛍光色素を使用する場合、特に良好な測定信号が得られる。

本発明の有利な態様よれば、充填管は、貫流方向で見て測定路の前で測定路に連通している、横断面積減少を有する区分を備えている。この横断面積減少は、特に、測定路の上側に配置されていて、この場合、充填されるサービス流体の部分流が測定路を貫流するようになっていさえすれば十分である。この態様の利点は、このような横断面積減少が形成されていることにより、測定路が完全に満たされ、これにより、一定かつ既知の測定条件が得られるということである。

さらに、本発明によれば、測定路は、機械のサービス流体貯蔵容器に直接的にまたは間接的に連通している測定管として形成されている。

さらに別の改良形によれば、互いに異なる振動数領域で放射する複数の光源が設けられており、これによって、異なる指標の検出も簡単に行うことができる。

本発明の有利な態様によれば、光源は、異なる波長を有するＬＥＤおよび／またはレーザーダイオードによって形成されている。

さらに本発明は、前述の特徴を有する装置を備えている機械、特に車両のエンジンに関する。

さらに本発明は、サービス流体を機械、特に車両のエンジンへ充填するプロセス中に、液体サービス流体に含まれる蛍光性または光吸収性の少なくとも１種の指標を自動的に検出するための方法であって、以下のステップ、
− 充填プロセス時に、測定路（２）で少なくとも１つの光源（３）によって、検出すべきサービス流体に放射し、
− 測定路（２）でサービス流体を通過しかつ／または蛍光作用によってそのサービス流体から出射する光（１４）を光受容器（５）によって捕捉し、この光の強さが、少なくとも１種の指標によって影響を受け、
− 光受容器に当たった光の強さを再現する測定信号（８、９）を生成し、
− 少なくとも１つの測定信号（８、９）を評価ユニットで評価し、保存されている値と比較するステップによって行う方法に関する。

この場合、測定信号の評価から得られた信号を、機械内でさらに使用することができると有利である。例えば、充填されるサービス流体の強さまたはサービス流体に関する別の情報を自動的に特定し、それを、例えばオンボードコンピュータで自動的にさらに処理することができる。よって、不適切なサービス流体が充填された場合には、損傷が起こることがないように、機械の始動が妨げられるかまたは運転範囲が狭められる。このために、生成された信号に基づいて、充填されたサービス流体に応じたサービス流体の交換時期を算出するかまたは適合させることが可能である。

少なくとも１種の指標が、光源によって測定路で蛍光放射が起こるように励起される蛍光色素であると有利であり、その場合、蛍光放射は、光受容器によって捕捉される光の少なくとも一部を形成する。

さらに別の改良形は、サービス流体が、異なる振動数領域で作用する少なくとも２種の指標を含んでいて、光受容器の、異なる振動数領域で感知可能な少なくとも２つのセンサによって、指標、特にその濃度が検出されるようになっている構成により得られる。

本発明によれば、さらに、光受容器によって生成された１つまたは複数の測定信号を、サービス流体中の少なくとも１種の指標の濃度と相関させる。

サービス流体の指標の１種が参照指標を形成していて、この参照指標に基づいて光受容器が参照信号を生成するようになっていると、特に有利である。これによって、特に、測定信号の評価を簡単に行うことが可能となる。

本発明の別の思想を発展させた態様によれば、評価ユニットが、少なくとも１つの測定信号の強さと参照信号の強さとの関係に基づいて、少なくとも１つの測定信号を評価する。これにより、例えば測定路におけるサービス流体の充填度が変動するような可変の条件下でも、サービス流体中に含まれる指標の濃度を、高い信頼性で特定することができる。この場合には、１つまたは複数の測定信号を参照信号と比較することによって、指標同士の（もしくは指標の濃度間の）関係を特定するだけで十分である。参照指標が常に一定の濃度である場合には、評価は特に簡単である。

別の改良形は、評価ユニットが、少なくとも１つの測定信号に品質信号を組み込むことによって得られる。これは、例えば、様々な指標の、測定路によって特定された濃度段階を、表または値行列と比較することによって行うことができ、この表または値行列には、指標の濃度段階の組合せごとに、サービス流体の特定の品質またはサービス流体に関する別の情報が配分される。この場合、評価ユニットは、例えば自動車のオンボードコンピュータ内に組み込むことができる。

さらに別の改良形は、次のサービス流体交換の時期を自動的に決定するための品質信号を使用することによって得られる。このようにして、なにより、サービス時期もしくはサービス流体交換の時期を算出するかまたは適合させる時に、充填されたサービス流体の品質および出所を考慮することができる。

本発明のさらなる目的、特徴、利点および使用方法の態様は、図面に基づく以下の実施例の説明により得られる。この場合、記述されかつ／または図面に示された全ての特徴は、個々の請求項またはその根拠となる記載に開示されたそれらの要旨とは独立していても、それ自体がまたは任意の組合せによって本発明の対象をなすものである。

図１は、サービス流体を機械へ充填するプロセス中に、液体サービス流体中に含まれる少なくとも１種の指標を自動的に検出する装置の概略図である。

この装置は、サービス流体の充填のために、サービス流体用の充填管１を有している。本出願では、横断面形状や直径と長さとの関係とは無関係に、機械へのサービス流体の充填プロセスを可能にするもしくは簡単にするどのような部材も充填管として使用されることが望ましい。充填管は、特に、丸められているかまたは角を有するように形成することができる。図示の実施態様では、縦長の充填管１が、円形の横断面を有している。この場合、装置の充填管は、充填されるサービス流体が、充填管１を通って直接的にまたは間接的にサービス流体の貯蔵容器１２、例えば機械のオイルパン内に到達するように、形成されかつ配置されている。

この装置は、さらに、光透過性の材料によって形成された測定路２を有している。図１に示す実施態様では、この装置は、例えば透明なプラスチックまたはガラスからなる管区分により形成されている。充填管１にサービス流体を充填する際、測定路２は、少なくとも部分的に充填されるかまたは貫流される。この場合、測定の目的のためには、充填されるサービス流体の一部が、測定路２を貫流するだけで十分である。

さらに、本発明による装置は光源３を有しており、この光源３は、測定路２に放射しかつこの測定路に向けられている。光源３から出射した光は、集束光４とすることができ、この集束光４は、特に測定路２の中央に焦点を結ぶ。

本発明による装置は、光受容器５をさらに有している。光受容器５には、サービス流体が測定路２を貫流する際にサービス流体を通過しかつ／または蛍光作用によってサービス流体から出射する光（光１４）が当たる。

図示の光受容器５は、２つの光センサ６、７を有している。これらのセンサは、互いに異なる振動領域を有している。光センサ６、７のスペクタル感度の最大値は異なり、使用される指標に適合されている。このようにして、光センサ６、７に応じて、サービス流体中の指標の存在および／または濃度を特定することができる。図示の２つのセンサに加え、別のセンサを設けることもできる。また、本発明によれば、単一のセンサを使用することも十分可能である。

光受容器５は、光センサ６、７によって、特に複数の測定信号を生成する。図１には、光センサ６の測定信号８および光センサ７の測定信号９を示す。光受容器５のセンサ６、７としては、特にＰＩＮダイオードを使用することができる。さらに、光受容器５はビームスプリッタ１１を有しており、このビームスプリッタ１１によって、入射した光がセンサ６、７へと均一に分配される。

図１には、さらに、光受容器５の少なくとも１つの測定信号８、９を評価する評価ユニット１０を示す。

光源３および光受容器５は、機械の充填管１の測定路に取り付けられており、０〜１７０度の角度αをなして、測定路２の周りに配置されている。この場合、３０〜１４０度、有利には６０〜１２０度の角度が選択される。サービス流体中の指標およびその濃度を、蛍光測定によってではなく、吸収の測定によって特定したい場合には、光受容器５は、光源３に直接的に対向するよう、つまり光源３に対して特に１８０°の角度αで配置する。

図１に示す本発明の実施態様では、充填管１は、横断面減少を有している区分１５を備えており、この区分は、貫流方向で見て測定路２の前に配置されている。横断面減少が設けられていることによって、サービス流体による測定路の完全な充填が達成される。

さらに、図示の光源３に加えて、光源３とは異なる振動数領域で放射する別の光源を設けることもできる。

光源は、本発明によれば、特に簡単に、ＬＥＤおよび／またはレーザーダイオードによって形成することができる。ＬＥＤもしくはレーザーダイオードは、異なる波長を有することができる。

さらに、本発明によれば、図１に示す装置は、機械、特に車両のエンジンに組み込まれている。

指標としては、１種の、有利には２種または複数種の異なる蛍光色素が、サービス流体に添加される。このためには、１０^−７〜１０^−９Ｍｏｌの濃度で十分である。しかし、より高い濃度、特に１０^−４Ｍｏｌまでの濃度で使用することもできる。蛍光色素としては、クマリン、フルオレセイン、ローダミン、オキサジンおよびカルボシアニンからなる群からの油溶性の色素、またはそれらの油溶性の改質物質を使用することができる。サービス流体中の指標の濃度が低いことは、特定されるサービス流体の特性に影響を与えないかまたは実質的には影響を与えない。色素は、極めて低い濃度で添加されるので、目で見ることができない。代替的にまたは蛍光色素に加えて、非蛍光色素、例えば次アゾ色素を使用することもできる。本発明によれば、油溶性の色素、特に５００〜１０００ｎｍで最大発光を付与する蛍光色素を使用する。

使用される指標の検出は、充填プロセス時に、光源３、例えばＬＥＤまたはレーザーダイオードによる励起によって、使用される色素に調整された波長領域で行われる。蛍光色素に応じて、エンジンオイルを、例えば３７０、４９０および／または５７０〜５９０ｎｍで励起することができる。

続いて、光受容器によって光を捕捉する。蛍光色素を使用する場合には、蛍光作用によって指標から生成した光１４が捕捉される。非蛍光色素を使用する場合には、サービス流体を通過する光を使用する。

光受容器５のセンサ６、７は、光受容器５に当たった光１４の強さを再現する測定信号８、９をそれぞれ生成する。これに対応して、評価ユニット１０によって、測定信号８、９に基づき、サービス流体中の指標の存在および濃度を検出することができる。

このようにして検出された様々な指標の濃度および濃度段階に基づき、表にまとめた比較値と比較を行う。この比較に依存して、充填されたサービス流体の種類を自動的に検出することが可能となるか、またはこれに関する別の情報を検出することができ、このようにして得られた情報は機械を用いて処理を行うことができる。充填されたサービス流体に関する情報は、オイル交換時期の算出のために使用することができる。さらに、推奨された規格に満たないサービス流体を充填すると、機械の運転が中断するようにもしくは運転領域が制限されるようにすることができる。

この場合、評価は、光受容器５によって生成された測定信号８、９を、サービス流体中の少なくとも１つの指標の濃度と相関させることによって可能となる。

本発明によれば、このために、サービス流体中の指標もしくは色素が、参照指標を形成することもできる。この思想の背景には、参照指標が、濃度が変動してまたは常に一定でサービス流体中に存在する。例えば光センサ６が参照指標を検出する場合には、これによって得られる測定信号８が参照信号を形成する。これに対して光センサ７は、サービス流体中の別の指標を検出し、サービス流体中のこの指標の濃度に関連する測定信号９を生成する。測定信号９を参照信号８と比較することによって、指標の濃度または指標の濃度段階を常に高い信頼性で検出することができる。この検出は、変動する測定条件においても、例えば、測定路２がサービス流体で完全に充填されていない場合でも、可能である。このようにして、困難なまたは変動する条件下で、例えば横断面積減少を有する区分１５がない場合でも、良好な測定結果を得ることができる。

本発明によれば、指標の検出は、機械に新しいオイルを充填する時に行われ、これにより、分解物質、汚染物質またはオイルの化学変化が検出プロセスに与える影響をなくすことができる。

図２は、多数の様々なエンジンオイルの、測定された吸収スペクトルを示す。この測定により、物質全体では、約３５０〜４００ｎｍの領域での吸収が極めて大きく減少していることが明らかである。約５００ｎｍより大きな波長領域では、極めて小さな吸収しか存在せず、この吸収は、３００ｎｍでの吸収の４分の１より小さい。大抵のエンジンオイルについては、蛍光は、それよりも実質的にさらに小さい。したがって、本発明は、５００〜１０００ｎｍの波長で吸収しかつ発光する蛍光色素を使用することを提案する。

実施例
サービス流体としてのエンジンオイルに、５５０ｎｍにおいて１つの最大発光があり、６５０ｎｍにおいて別の最大発光があるような２種の蛍光色素を、予め決められた濃度で添加する。これに対応して、光源３には、４９０ｎｍまたは５７０〜５９０ｎｍで発光する２つのＬＥＤが装着されている。指標から発せられた蛍光の検出は、ビームスプリッタ１１および異なるフィルタを用いて、半導体検出器として構成されている２つのセンサ６、７によってスペクタルにより分離する。様々なエンジンオイルは、例えば１：１０、２：１０、３：１０等ならびに１０：１、１０：２等といった異なる色素混合比で標識される。これに対応して、エンジンオイルを、両検出器６、７で測定された、０．１、０．２、０．３〜１０といった様々な測定信号比によって、一意的に同定することができる。この実施例では、１９のコーディングの可能性が得られる。

本発明による装置の概略図である。 様々な潤滑オイルの吸収スペクトルである。

Claims (17)

1. 機械であって、
   サービス流体を前記機械へ充填するプロセス中に、液体サービス流体、すなわち潤滑オイル、エンジンオイルまたはハイドロリックオイルに添加された蛍光性または光吸収性の少なくとも１種の指標を自動的に検出する装置を備えている機械であって、
   前記装置が、充填すべき前記サービス流体が機械のサービス流体貯蔵容器（１２）に到達するまでに通過する、前記サービス流体のための充填管（１）と、前記サービス流体を前記充填管（１）を通して前記流体貯蔵容器（１２）へ充填する際に該サービス流体により少なくとも部分的に満たされるかまたは貫流される、光透過性の材料から形成されている測定路（２）と、該測定路（２）に放射する光源（３）と、前記測定路（２）の貫流時にサービス流体を通過するかまたは蛍光作用によって指標から出射する光（１４）が当たり、該当てられた光（１４）の強さに依存する少なくとも１つの測定信号（８、９）を生成する光受容器（５）と、該光受容器（５）の少なくとも１つの測定信号（８、９）を評価する評価ユニット（１０）とを備えている機械であって、
   前記評価ユニット（１０）が、少なくとも１つの測定信号（８、９）に品質信号を組み込み、当該品質信号を、次のサービス流体の交換の時期を自動的に特定するために使用する、機械。
2. 前記機械が車両のエンジンである、請求項１に記載の機械。
3. 前記光受容器（５）が、少なくとも２つの光センサ（６、７）を備えており、該光センサ（６、７）が、互いに異なる振動数領域を有していて、それぞれ１つの測定信号（８、９）を生成する、請求項１または２に記載の機械。
4. 前記光源（３）および前記光受容器（５）が、前記測定路（２）に取り付けられていて、０°〜１７０°の角度で前記測定路の周りに配置されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の機械。
5. 前記充填管（１）が、貫流方向で見て前記測定路（２）の前で、該測定路（２）に連通しかつ横断面積減少部を有する区分（１５）を備えている、請求項１から４までのいずれか１項に記載の機械。
6. 前記測定路（２）が、機械のサービス流体貯蔵容器（１２）へと直接的にまたは間接的に連通する測定管として形成されている、請求項１から５までのいずれか１項に記載の機械。
7. 互いに異なる振動数領域で放射する複数の光源（３）が設けられている、請求項１から６までのいずれか１項に記載の機械。
8. 前記光源（２）が、異なる波長を有するＬＥＤおよび／またはレーザーダイオードによって形成される、請求項７に記載の機械。
9. 前記充填管（１）が測定路（２）に開口している、請求項１から８までのいずれか１項記載の機械。
10. サービス流体を機械へ、該機械に組み込まれた装置を通して充填するプロセス中に、液体サービス流体、すなわち潤滑オイル、エンジンオイルまたはハイドロリックオイル中に添加された蛍光性または光吸収性の少なくとも１種の指標を自動的に検出する方法であって、当該方法が、
    前記サービス流体が前記機械の貯蔵容器内へ到達するまでに通過する充填管（１）に、検出すべき該液体サービス流体を満たし、その場合、該液体サービス流体が、測定路（２）を少なくとも部分的に満たすかまたは貫流し、
    前記測定路（２）において少なくとも１つの光源（３）を用いて、検出すべき前記流体サービス流体に放射し、
    前記測定路（２）中でサービス流体を貫通するかまたは該サービス流体中に添加された指標から蛍光作用によって出射する光（１４）を、光受容器（５）によって捕捉し、該光の強さが、少なくとも１種の指標または該指標の濃度によって影響を受けるようになっており、
    前記光受容器（５）に当てられた光の強さを再現する少なくとも１つの測定信号（８、９）を生成し、
    前記少なくとも１つの測定信号（８、９）を評価ユニット（１０）で評価し、保存されている値と比較することを含み、
    前記評価ユニット（１０）が、少なくとも１つの測定信号（８、９）に品質信号を組み込み、当該品質信号を、次のサービス流体の交換の時期を自動的に特定するために使用する、方法。
11. 前記機械が車両のエンジンである、請求項１０に記載の方法。
12. 前記少なくとも１種の指標が、測定路（２）において光源（３）によって蛍光を放射するように励起される蛍光色素であり、該蛍光放射線が、光受容器（５）によって捕捉される光の少なくとも一部を形成する、請求項１０または１１に記載の方法。
13. 前記サービス流体が、異なる振動数領域で作用する少なくとも２種の指標を含んでおり、前記光受容器（５）の、前記異なる振動数領域で感知可能な少なくとも２つのセンサが、該指標を検出する、請求項１０から１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記少なくとも２つのセンサが、前記指標の濃度を検出する、請求項１３に記載の方法。
15. 前記光受容器（５）から生成した１つまたは複数の測定信号（８、９）を、サービス流体中の少なくとも１種の指標の濃度と相関させる、請求項１０から１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記サービス流体の指標の１種が、参照指標を形成し、これに基づき、光受容器（５）が参照信号（８）を発生する、請求項１０から１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記評価ユニット（１０）が、少なくとも１つの測定信号（９）の強さと参照信号（８）の強さとの関係に基づいて、少なくとも１つの測定信号（９）を評価する、請求項１６に記載の方法。

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