JP4818209B2 - エンジンオイルの劣化推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の潤滑に用いられるエンジンオイルの劣化を推定するエンジンオイルの劣化推定装置に関する。

エンジンオイルは、エンジンの潤滑機能に加えて、清浄化や、防錆、腐食防止などの様々な機能を有する。エンジンオイルが劣化すると、これらの諸機能が維持できなくなるとともに、スラッジの生成などにより、エンジンの損傷などの不具合の原因にもなるので、劣化度合に応じて早期に交換することが好ましい。一方、近年の環境保護の観点からは、廃油量の削減が求められており、エンジンオイルの場合には特に、廃油量や交換頻度の多さから、交換間隔をできるだけ長くすることが望まれている。以上のようなエンジン保護と環境保護の両立という観点から、エンジンオイルの実際の劣化を精度良く判定し、エンジンオイルの交換時期を適切に設定することが、非常に重要な課題になっている。

このため、従来、エンジンオイルに関する様々な劣化判定装置が提案されており、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この劣化判定装置は、エンジンオイル（以下「オイル」という）の性状に応じて判定を行う第１判定装置と、エンジンの稼働情報に応じて判定を行う第２判定装置を備えている。第１および第２判定装置のいずれか一方がオイルが劣化していると判定したときには、その旨が表示器に表示され、オイルの交換が促される。

第１判定装置は、光センサを用いるものであり、発光部からオイルに向けて光を発するとともに、オイルで反射した光を受光部で受光し、その受光量が所定の第１基準値よりも小さいときに、オイル中に比較的大きな径の微粒子が生成されているとして、オイルが劣化していると判定する。一方、第２判定装置は、オイルの交換後における車両の走行距離などのエンジンの稼働情報の積算値を算出し、算出された積算値が所定の第２基準値以上になったときに、オイルが劣化したと判定する。また、上記の第１判定装置用の第１基準値は、オイルを良好な状態で使用するという観点から、より厳しく設定されるのに対し、第２判定装置用の第２基準値は、エンジンに不具合を生じさせない限界近くまでオイルを使用するという観点から、より緩やかに設定されている。

しかし、この従来の劣化判定装置では、第１判定装置の正常時には、より厳しい第１基準値を用いた第１判定装置による判定結果が採用されるため、オイルの劣化度合がそれほど高くない状態でも、オイルが劣化したと判定されやすく、その結果、オイルが早期に交換され、無駄に廃棄されてしまう。

また、第１判定装置の故障時には、そのバックアップとして、第２基準値を用いた第２判定装置による判定結果が採用される。しかし、この第２判定装置の判定手法は、オイルの交換後における走行距離などの積算値に応じて、オイルの劣化度合を推定するにすぎない。これに対し、オイル劣化の実際の進行度合は、上記のような走行距離や回転数の積算値だけでなく、エンジンの運転環境や運転状況などに応じても大きく異なるため、第２判定装置によっては、オイルの劣化度合を精度良く判定できない。このため、潤滑不良などの不具合を確実に回避するためには、第２基準値に対して安全率を余分に設定することが必要になり、オイルの交換時期がやはり早くなってしまう。

さらに、この従来の劣化判定装置では、第１判定装置による劣化判定のために光センサを設けなければならず、その分、製造コストが増大するという欠点もある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、エンジンオイルの劣化を安価にかつ精度良く推定でき、それにより、エンジンオイルの交換時期を適切に判定することができるエンジンオイルの劣化推定装置を提供することを目的とする。

特開平７−１８９６４１号公報

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、内燃機関３の潤滑に用いられるエンジンオイルの劣化推定装置であって、エンジンオイルの酸化防止性能（実施形態における（以下、本項において同じ）酸化誘導時間ＯＩＴ）を推定する酸化防止性能推定手段（ＥＣＵ２、式（１）、図８のステップ５、図１０）と、エンジンオイルの清浄維持性能（全塩基価ＴＢＮ）を推定する清浄維持性能推定手段（ＥＣＵ２、式（１８）、図８のステップ４）と、推定された酸化防止性能および清浄維持性能に基づいて、エンジンオイルの劣化を推定する劣化推定手段（ＥＣＵ２、図８のステップ６、図１４）と、を備え、酸化防止性能推定手段は、エンジンオイルに含まれる酸化防止剤による酸化防止性能を、第１酸化防止性能（酸化防止剤相当分のＯＩＴ[ＯＩＴ] _AH ））として推定する第１酸化防止性能推定手段（式（５）、図１０のステップ３５、４０）と、エンジンオイルに含まれる過酸化物分解剤による酸化防止性能を、第２酸化防止性能（過酸化物分解剤相当分のＯＩＴ[ＯＩＴ] _ZN ））として推定する第２酸化防止性能推定手段（式（６）、図１０のステップ３９、４０）と、を有し、酸化防止性能（総ＯＩＴ[ＯＩＴ] _TOTAL ）を、推定された第１酸化防止性能および第２酸化防止性能に基づいて算出する（式（１）、図１０のステップ４０）ことを特徴とする。

本発明は、以下のような技術的観点に基づいている。エンジンオイルの劣化度合を大きく左右する重要な性能として、酸化防止性能と清浄維持性能がある。酸化防止性能は、エンジンオイルに添加される酸化防止剤によって発揮されるとともに、本来は摩擦調整用として添加される過酸化物分解剤の副作用として発揮されるものである。エンジンオイル中に酸化防止性能が十分に存在している場合には、酸化生成物が混入しても、不溶解成分は発生せず、スラッジも生成されないのに対し、酸化防止性能の消耗が進むと、エンジンオイルの低温状態の部分において、不溶解分が発生し、凝集することによって、スラッジが生成される（以下「低温スラッジ」という）。低温スラッジが生成されると、エンジンオイルの諸機能が急激に失われ、潤滑不良や油路の閉塞などが生じるおそれがある。以上のように、酸化防止性能は、エンジンオイルの劣化度合を良好に表すオイル劣化パラメータの１つであり、その残存量によってエンジンオイルの残り寿命を判定できる。

一方、清浄維持性能は、エンジンオイルに添加される清浄剤によって発揮されるものである。エンジンオイル中に清浄維持性能が十分に存在している場合には、高温状態にあるエンジンオイルが蒸発するのに伴い、オイル中の不溶解分も一緒に蒸発するため、スラッジは生成されないのに対し、清浄維持性能の消耗が進むと、エンジンオイルが蒸発しても、不溶解分が蒸発せずに残留し、凝集することによって、スラッジが生成される（以下「高温スラッジ」という）。高温スラッジが生成されたときの状況は、上述した低温スラッジの場合と基本的に同じであり、エンジンオイルの諸機能が急激に失われ、潤滑不良やピストンリングのスティックなどが生じるおそれがある。以上のように、清浄維持性能もまた、酸化防止性能と同様、エンジンオイルの劣化度合を良好に表すオイル劣化パラメータの１つであり、その残存量によってエンジンオイルの残り寿命を判定できる。

また、酸化防止性能と清浄維持性能では、上述したように消耗の要因やメカニズムが異なるため、消耗の状況（消耗の始期や終期、速度など）や進行度合が互いに異なる。このため、内燃機関の運転状況などによっては、酸化防止性能が先に消耗することで、エンジンオイルの寿命を左右する場合もあれば、その逆の場合もある。このため、酸化防止性能および清浄維持性能の一方に基づいて劣化判定を行った場合には、高い判定精度が得られず、エンジンオイルの劣化による不具合を確実に回避しようとすれば、判定の安全率を高めに設定することが必要になり、エンジンオイルが無駄に交換されてしまう。

以上の技術的観点に基づき、本発明によれば、エンジンオイルの酸化防止性能および清浄維持性能をそれぞれ推定するとともに、推定された酸化防止性能および清浄維持性能に基づいて、エンジンオイルの劣化を推定する。このように、酸化防止性能および清浄維持性能という異なる２種類のオイル劣化パラメータを併用して、劣化の推定を行うので、単一のオイル劣化パラメータを用いる場合よりも安全率を小さく設定しながら、エンジンオイルの劣化を精度良く推定でき、したがって、エンジンオイルの交換時期を適切に判定することができる。また、酸化防止性能および清浄維持性能を推定によって求めるので、従来の劣化判定装置のような判定専用のセンサは不要であり、より安価に構成することができる。
また、前述したように、酸化防止性能は、エンジンオイルに添加される酸化防止剤と過酸化物分解剤によって発揮される。また、酸化防止剤と過酸化物分解剤では、その消耗形態が互いに異なり、前者は時間に対して概ね直線的な消耗形態をとり、後者は概ね指数関数的な消耗形態をとることが確認されている。本発明によれば、酸化防止剤による酸化防止性能と過酸化物分解剤による酸化防止性能とを別個に把握し、それぞれ第１酸化防止性能および第２酸化防止性能として推定するので、これらの推定を、上述した消耗形態の相違に応じて精度良く行うことができる。また、そのように推定した第１および第２酸化防止性能に基づいて、酸化防止性能を算出するので、エンジンオイル全体としての酸化防止性能を適切に推定することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のエンジンオイルの劣化推定装置において、酸化防止性能に基づいて、エンジンオイルの残りの寿命を表す第１残り寿命パラメータ（残り寿命指数ＲＯＩＴ）を算出する第１残り寿命パラメータ算出手段（ＥＣＵ２、図１４のステップ５１、図１５）と、清浄維持性能に基づいて、エンジンオイルの残りの寿命を表す第２残り寿命パラメータ（残り寿命指数ＲＴＢＮ）を算出する第２残り寿命パラメータ算出手段（ＥＣＵ２、図１４のステップ５２、図１６）と、をさらに備え、劣化推定手段は、算出された第１および第２残り寿命パラメータのうちのより小さい方（残り寿命指数ＲＯＬＦ）に基づいて、エンジンオイルの劣化を判定する（図１４のステップ５３〜５６）ことを特徴とする。

この構成によれば、推定された酸化防止性能および清浄維持性能にそれぞれ基づいて、エンジンオイルの残りの寿命を表す第１および第２残り寿命パラメータを算出し、そのうちのより小さい方に基づいてエンジンオイルの劣化を判定する。すなわち、酸化防止性能および清浄維持性能のうちの、エンジンオイルの実際の残り寿命がより短いことを示すものに基づいて、劣化判定を行うので、エンジンオイルの交換時期を的確に判定することができる。また、このような判定手法によれば、酸化防止性能および清浄維持性能の各々に対する安全率を小さく設定することが可能になり、それにより、劣化判定の精度をさらに高めることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明が適用された内燃機関３を示す。この内燃機関（以下「エンジン」という）３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば４気筒タイプのガソリンエンジンである。

エンジン３のピストン３ａとシリンダヘッド３ｂの間には、燃焼室３ｃが形成されている。シリンダヘッド３ｂには、吸気管４および排気管５がそれぞれ接続されるとともに、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６および点火プラグ７（図２参照）が、燃焼室３ｃに臨むように取り付けられている。インジェクタ６の燃料噴射量ＱＩＮＪおよび噴射時期と点火プラグ７の点火時期は、後述するＥＣＵ２によって制御される。

クランクシャフト３ｄなどを収容するクランクケース３ｅ内の底部には、オイルパン３ｆが設けられている。オイルパン３ｆには、エンジン３の潤滑に用いられるエンジンオイルが溜められている。

また、クランクシャフト３ｄにはマグネットロータ１１ａが取り付けられており、このマグネットロータ１１ａとＭＲＥピックアップ１１ｂによって、クランク角センサ１１（運転状態検出手段）が構成されている。クランク角センサ１１は、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。ＴＤＣ信号は、各シリンダのピストン３ａが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、４気筒タイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに出力される。

また、エンジン３には水温センサ１２が設けられている（図２参照）。水温センサ１２は、エンジン３の本体内を循環する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

吸気管４内にはスロットル弁８が設けられており、スロットル弁８には、直流モータなどで構成されたアクチュエータ９が接続されている。スロットル弁８の開度は、アクチュエータ９に供給される電流のデューティ比をＥＣＵ２で制御することによって制御され、それにより、燃焼室３ｃに吸入される吸気量が制御される。

さらに、吸気管４には、スロットル弁８よりも下流側に、吸気圧センサ１３および吸気温センサ１４が設けられている（図２参照）。吸気圧センサ１３は、吸気管４内の吸気圧Ｐｂを絶対値として検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。また、吸気温センサ１４は、吸気管４を流れる吸気の温度（以下「吸気温」という）ＴＡを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ１５から、アクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。また、車両の運転席には、エンジンオイルの劣化状態を表示するためのオイルランプ２１が設けられており、このオイルランプ２１はＥＣＵ２に接続されている。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどから成るマイクロコンピュータで構成されている。前述した各種のセンサ１１〜１５からの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。

ＣＰＵは、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、インジェクタ６の燃料噴射制御や、吸気量制御、点火時期制御などのエンジン制御を行う。

また、ＥＣＵ２は、エンジンオイルの劣化を判定するオイル劣化判定処理を実行する。本実施形態では、ＥＣＵ２によって、酸化防止性能推定手段、清浄維持性能推定手段、劣化推定手段、第１および第２残り寿命パラメータ算出手段、ならびに第１および第２劣化パラメータ算出手段が構成されている。

以下、上記のオイル劣化判定処理において用いられる酸化誘導時間（以下「ＯＩＴ」という）の推定手法について、まず説明する。このＯＩＴは、試料油および所定の基準物質を所定の高温および高圧条件下においたときに発熱が開始されるまでの時間として定義されるものであり、酸化防止性能と密接な相関性を有し、その有効な指標となる。また、エンジンオイル中にＯＩＴが残存していれば、不溶解分が発生せず、低温スラッジも生成されないことが、確認されていることから、ＯＩＴは、エンジンオイルの劣化判定の良好な基準になるものである。

ＯＩＴは、次式（１）によって算出される。
[ＯＩＴ]_TOTAL ＝ [ＯＩＴ]_AH ＋ [ＯＩＴ]_ZN ・・・（１）
ここで、[ＯＩＴ]_TOTAL はエンジンオイル中の総ＯＩＴ、[ＯＩＴ]_AHは酸化防止剤相当分のＯＩＴ（以下、適宜「第１ＯＩＴ」という）、[ＯＩＴ]_ZNは過酸化物分解剤相当分のＯＩＴ（以下、適宜「第２ＯＩＴ」という）である。

式（１）から次式（２）が成立する。
ｄ[ＯＩＴ]_TOTAL／ｄｔ ＝ ｄ[ＯＩＴ]_AH／ｄｔ＋ｄ[ＯＩＴ]_ZN／ｄｔ
・・・（２）

また、式（２）中の第１ＯＩＴ変化量ｄ[ＯＩＴ]_AH／ｄｔおよび第２ＯＩＴ変化量ｄ[ＯＩＴ]_ZN／ｄｔは、それぞれ次式（３）および（４）によって算出される。
ｄ[ＯＩＴ]_AH／ｄｔ＝ｋ１＋ｋ２×[ＮＯｘ]²＋ｋ３×[ＦＵＥＬ]² ・・・（３）
ｄ[ＯＩＴ]_ZN／ｄｔ＝[ＯＩＴ]_ZN×（ｋ４＋ｋ５×[ＮＯｘ]²＋ｋ６×[ＦＵＥＬ]²）
・・・（４）
ここで、ｋ１〜ｋ６はＯＩＴの反応速度係数、[ＮＯｘ]はＮＯｘ濃度、 [ＦＵＥＬ] はエンジンオイル中の燃料濃度（希釈率）である。

さらに、式（３）および（４）を積分することによって、[ＯＩＴ]_AHおよび [ＯＩＴ]_ZNはそれぞれ、次式（５）および（６）のように求められる。
[ＯＩＴ]_AH ＝ [ＯＩＴ]_AHINI
−（Σｋ１＋Σｋ２×[ＮＯｘ]²＋Σｋ３×[ＦＵＥＬ]²） ・・・（５）
[ＯＩＴ]_ZN ＝ [ＯＩＴ]_ZNINI
×ＥＸＰ｛−（Σｋ４＋Σｋ５×[ＮＯｘ]²＋Σｋ６×[ＦＵＥＬ]²）｝
・・・（６）
ここで、 [ＯＩＴ]_AHINI は [ＯＩＴ]_AHの初期値、[ＯＩＴ]_ZNINI は [ＯＩＴ]_ZN の初期値である。

上記の式（３）および（４）は、以下のようにして導き出されたものである。まず、ＯＩＴの第１の劣化要因として熱（油温）を想定するとともに、第１酸化防止性能[ＯＩＴ]_AHが時間に対して直線的に減少し、第２酸化防止性能[ＯＩＴ]_ZNが指数関数的に減少すると仮定すると、第１ＯＩＴ変化量ｄ[ＯＩＴ]_AH／ｄｔ、第２ＯＩＴ変化量ｄ[ＯＩＴ]_ZN／ｄｔは、それぞれ次式（７）および（８）のように表される。
ｄ[ＯＩＴ]_AH／ｄｔ＝ｋ１ ・・・（７）
ｄ[ＯＩＴ]_ZN／ｄｔ＝[ＯＩＴ]_ZN×ｋ４ ・・・（８）

また、これらの式の妥当性を確認するために、エンジンオイルに空気と熱を与えてＯＩＴの消耗実験を行った。図３は、それによって得られた反応速度係数ｋ１、ｋ４をアレニウスプロットした結果を示しており、両反応速度係数ｋ１、ｋ４ともに、良好な直線関係が得られることが確認された。

次に、ＯＩＴの第２の劣化要因としてＮＯｘを想定するとともに、ＮＯｘによるＯＩＴの劣化が熱による劣化と独立して生じると仮定すると、第１ＯＩＴ変化量ｄ[ＯＩＴ]_AH／ｄｔ、第２ＯＩＴ変化量ｄ[ＯＩＴ]_ZN／ｄｔは、それぞれ次式（９）および（１０）のように表される。
ｄ[ＯＩＴ]_AH／ｄｔ＝ｋ１＋Ａ_NOx ・・・ （９）
ｄ[ＯＩＴ]_ZN／ｄｔ＝[ＯＩＴ]_ZN×（ｋ４＋Ｂ_NOx） ・・・（１０）
ここで、Ａ_NOx、Ｂ_NOxは、ＮＯｘによるＯＩＴの劣化速度項である。

これらの劣化速度項Ａ_NOx、Ｂ_NOxは、ＮＯｘが存在する条件と存在しない条件でそれぞれＯＩＴの消耗試験を行い、両条件で得られたＯＩＴ変化量の差分によって求めることができる。図４は、このときのＮＯｘ濃度[ＮＯｘ]の対数を横軸にプロットし、劣化速度項Ａ_NOx、Ｂ_NOxの変化量の対数を縦軸にプロットして、次数解析を行った結果を示している。各直線の傾きから、ＮＯｘ濃度[ＮＯｘ]の反応次数がそれぞれ約２と求められ、これらを反応速度式で表すと、それぞれ次式（１１）および（１２）が得られる。
ｄ[ＯＩＴ]_AH／ｄｔ＝ｋ１＋ｋ２×[ＮＯｘ]² ・・・（１１）
ｄ[ＯＩＴ]_ZN／ｄｔ＝[ＯＩＴ]_ZN×（ｋ４＋ｋ５×[ＮＯｘ]² ） ・・・（１２）

また、図５は、反応速度係数ｋ２、ｋ５をアレニウスプロットした結果を示しており、両反応速度係数ｋ２、ｋ５ともに、良好な直線関係が得られることが確認された。

次いで、ＯＩＴの第３の劣化要因として、エンジンオイル中の燃料を想定するとともに、燃料によるＯＩＴの劣化が熱およびＮＯｘによる劣化と独立して生じると仮定すると、第１ＯＩＴ変化量ｄ[ＯＩＴ]_AH／ｄｔ、第２ＯＩＴ変化量ｄ [ＯＩＴ]_ZN／ｄｔは、それぞれ次式（１３）および（１４）のように表される。
ｄ[ＯＩＴ]_AH／ｄｔ＝ｋ１＋ｋ２×[ＮＯｘ]² ＋Ｃ_FUEL ・・・（１３）
ｄ[ＯＩＴ]_ZN／ｄｔ＝[ＯＩＴ]_ZN×（ｋ４＋ｋ５×[ＮＯｘ]² ＋Ｄ_FUEL）
・・・（１４）
ここで、Ｃ_FUEL、Ｄ_FUELは、燃料によるＯＩＴの劣化速度項である。

これらの劣化速度項Ｃ_FUEL、Ｄ_FUELは、エンジンオイル中に燃料が存在する条件と存在しない条件でそれぞれＯＩＴの消耗試験を行い、両条件で得られたＯＩＴ変化量の差分によって求めることができる。図６は、このときの燃料濃度 [ＦＵＥＬ] と劣化速度項Ｃ_FUEL、Ｄ_FUELの変化量を、それぞれ横軸および縦軸に対数プロットし、次数解析を行った結果を示している。各直線の傾きから、燃料濃度[ＦＵＥＬ]の反応次数がそれぞれ約２と求められ、これらを反応速度式で表すと、前記式（３）および（４）が得られる。

また、図７は、反応速度係数ｋ３、ｋ６をアレニウスプロットした結果を示しており、両反応速度係数ｋ３、ｋ６ともに、良好な直線関係が得られることが確認された。

次に、ＥＣＵ２で実行されるエンジンオイルの劣化判定処理について説明する。図８はそのメインフローを示しており、本処理は、所定時間（例えば１秒）ごとに実行される。本処理ではまず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、エンジンオイルの温度である油温ＴＯＩＬを算出する。この油温ＴＯＩＬの算出は、例えば、エンジン水温ＴＷに応じ、所定のテーブル（図示せず）を検索することによって、基本値を求めるとともに、求めた基本値を、吸気温ＴＡ、吸気圧Ｐｂおよびエンジン回転数ＮＥで補正することによって、行われる。なお、油温ＴＯＩＬは、クランクケース３ｅなどに設けた油温センサで直接、検出してもよい。

次いで、クランクケース３ｅ内のＮＯｘ濃度[ＮＯｘ]を算出する（ステップ２）。このＮＯｘ濃度[ＮＯｘ]の算出は、吸気圧Ｐｂおよびエンジン回転数ＮＥに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索するとともに、検索したマップ値を燃料噴射量ＱＩＮＪや点火時期などで補正することによって、行われる。

次に、エンジンオイル中の燃料濃度（希釈率） [ＦＵＥＬ] を算出する（ステップ３）。図９は、そのサブルーチンを示している。本処理は、ＴＤＣ信号の入力に同期して実行される。まず、ステップ１１〜１４において、燃料混入量ＱＡＯＤを算出する。この燃料混入量ＱＡＯＤは、インジェクタ６から噴射された燃料のうち、燃焼室３ｃから排出されずに、シリンダ壁面などに付着した後、エンジンオイルに混入する１ＴＤＣ当たりの燃料量を表す。

まず、ステップ１１では、エンジン回転数ＮＥおよび燃料噴射量ＱＩＮＪに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、燃料混入率ＲＯＤを算出する。この燃料混入率ＲＯＤは、燃料噴射量に対するエンジンオイルに混入する燃料量の割合を表す。このマップでは、燃料混入率ＲＯＤは、エンジン回転数ＮＥが低いほど、噴射された燃料が気化しにくく、シリンダ壁面に付着しやすいため、より大きな値に設定されている。

次いで、エンジン水温ＴＷに応じ、所定のテーブル（図示せず）を検索することによって、水温補正係数ＫＴＷを算出する（ステップ１２）。このテーブルでは、水温補正係数ＫＴＷは、エンジン水温ＴＷが低いほど、噴射された燃料が気化しにくいため、より大きな値に設定されている。

次に、噴射時期に応じ、所定のテーブル（図示せず）を検索することによって、噴射時期補正係数ＫＴＰを算出する（ステップ１３）。このテーブルでは、噴射時期補正係数ＫＴＰは、噴射時期が遅角側であるほど、シリンダ内の圧力および温度がより低くなることで、噴射された燃料が気化しにくいため、より大きな値に設定されている。

次いで、燃料噴射量ＱＩＮＪと、上記ステップ１１〜１３で算出された燃料混入率ＲＯＤ、水温補正係数ＫＴＷおよび噴射時期補正係数ＫＴＰを用い、次式（１５）によって、燃料混入量ＱＡＯＤを算出する（ステップ１４）。
ＱＡＯＤ＝ＱＩＮＪ×ＲＯＤ×ＫＴＷ×ＫＴＰ ・・・（１５）

次に、ステップ１５〜１７では、燃料蒸発量ＱＶＡＦを算出する。この燃料蒸発量ＱＶＡＦは、１ＴＤＣ当たりにエンジンオイルから蒸発する燃料の蒸発量を表す。

まず、ステップ１５では、エンジン回転数ＮＥおよび燃料噴射量ＱＩＮＪに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、燃料蒸発率ＲＶＡＦを算出する。この燃料蒸発率ＲＶＡＦは、エンジンオイルに混入した総燃料量に対する燃料の蒸発量の割合を表す。また、このマップでは、燃料蒸発率ＲＶＡＦは、エンジン回転数ＮＥが大きいほど、また燃料噴射量ＱＩＮＪが大きいほど、エンジン３本体の温度がより高くなることで、エンジンオイルから燃料が蒸発しやすいため、より大きな値に設定されている。

次いで、油温ＴＯＩＬに応じ、所定のテーブル（図示せず）を検索することによって、油温補正係数ＫＯＩＬを算出する（ステップ１６）。このテーブルでは、油温補正係数ＫＯＩＬは、油温ＴＯＩＬが高いほど、エンジンオイルから燃料が蒸発しやすいため、より大きな値に設定されている。

次に、そのときまでに得られている燃料希釈量ＱＯＤと、燃料蒸発率ＲＶＡＦおよび油温補正係数ＫＯＩＬを用い、次式（１６）によって、燃料蒸発量ＱＶＡＦを算出する（ステップ１７）。なお、燃料希釈量ＱＯＤは、エンジンオイル中に含まれる総燃料量を表し、エンジンオイルの交換時に値０にリセットされる。
ＱＶＡＦ＝ＱＯＤ×ＲＶＡＦ×ＫＯＩＬ ・・・（１６）

次いで、前記ステップ１４および１７でそれぞれ算出された燃料混入量ＱＡＯＤと燃料蒸発量ＱＶＡＦとの差を、今回の１ＴＤＣ当たりの希釈量ΔＱＯＤとして算出する（ステップ１８）。次に、そのときまでに得られている燃料希釈量ＱＯＤに、今回、算出された１ＴＤＣ当たりの希釈量ΔＱＯＤを加算することによって、燃料希釈量ＱＯＤを算出する（ステップ１９）。

最後に、算出した燃料希釈量ＱＯＤをエンジンオイル量ＱＯＩＬで除算することによって、燃料濃度[ＦＵＥＬ]を算出し（ステップ２０）、本処理を終了する。このエンジンオイル量ＱＯＩＬは、エンジンオイルの総量を表し、例えば所定値に設定される。

図８に戻り、前記ステップ３に続くステップ４では、エンジンオイルの全塩基価（以下「ＴＢＮ」という）を算出する。このＴＢＮは、エンジンオイルに添加される清浄剤の残存量を示す値であり、エンジンオイルを清浄に保つ清浄維持性能の有効な指標になるものである。ＴＢＮ値がある限界値を下回ると、高温スラッジの生成が顕著になることが知られており、ＴＢＮは、ＯＩＴと同様、エンジンオイルの劣化度合を良好に表すオイル劣化パラメータである。

ＴＢＮの算出は、例えば次のようにして行われる。まず、前記ステップ１および２で求めた油温ＴＯＩＬおよびＮＯｘ濃度[ＮＯｘ]を用い、ＴＢＮの変化量ｄ [ＴＢＮ] ／ｄｔを次式（１７）によって算出する。
ｄ[ＴＢＮ]／ｄｔ＝ｋ７×[ＴＢＮ]² ＋ｋ８×[ＴＢＮ]×[ＮＯｘ]² ＋ｋ９
・・・（１７）
ここで、ｋ７〜ｋ９は、実験によって求めたＴＢＮの反応速度係数である。

そして、式（１７）を積分することにより、次式（１８）によってＴＢＮを算出する。
ＴＢＮ＝１／｛ｋ７×ｔ＋（１／ [ＴＢＮ]_INI）｝＋ ｋ８×[ＮＯｘ]² ×ｔ
＋ｋ９×ｔ ・・・（１８）
ここで、 [ＴＢＮ]_INI はＴＢＮの初期値である。

次に、ステップ５においてＯＩＴを算出する。図１０は、そのサブルーチンを示しており、ＯＩＴの算出は、前記式（３）〜（６）に従って行われる。まず、ステップ３１では、油温ＴＯＩＬに応じ、図１１〜図１３に示すテーブルを検索することによって、反応速度係数の対数Ｌｎｋ１〜Ｌｎｋ６を求めるとともに、求めたＬｎｋ１〜Ｌｎｋ６から反応速度係数ｋ１〜ｋ６を算出する。

これらのテーブルは、油温ＴＯＩＬと反応速度係数ｋ１〜ｋ６とのそれぞれの関係を実験によって求め、アレニウスプロットしたものであり、図３、図５および図７に示した温度−ｋ１〜ｋ６の特性図と基本的に同じ傾向を有している。なお、上記のテーブルはアレニウス型のものであるが、これに代えて、油温ＴＯＩＬを横軸に、反応速度係数ｋ１〜ｋ６を縦軸に表し、油温ＴＯＩＬからｋ１〜ｋ６値を直接、検索するようにしてもよい。

次いで、ステップ３２〜３４において、式（５）のΣｋ１、Σｋ２×[ＮＯｘ]² およびΣｋ３×[ＦＵＥＬ]² にそれぞれ相当する、酸化防止剤相当分の温度項ＯＩＴＡＨＯ、ＮＯｘ項ＯＩＴＡＨＮＯＸおよび燃料項ＯＩＴＡＨＦＵＥＬを、それぞれ算出する。

具体的には、ステップ３２において、温度項ＯＩＴＡＨＯを、その初期値ＯＩＴＡＨＯＺに反応速度係数ｋ１を加算することによって、算出する。ステップ３３では、ＮＯｘ項ＯＩＴＡＨＮＯＸを、その初期値ＯＩＴＡＨＮＯＸＺに、反応速度係数ｋ２とＮＯｘ濃度[ＮＯｘ]の２乗との積（＝ｋ２・[ＮＯｘ]² ）を加算することによって、算出する。また、ステップ３４では、燃料項ＯＩＴＡＨＦＵＥＬを、その初期値ＯＩＴＡＨＦＵＥＬＺに、反応速度係数ｋ３と燃料濃度 [ＦＵＥＬ] の２乗との積（＝ｋ３・[ＦＵＥＬ]² ）を加算することによって、算出する。なお、上記の初期値ＯＩＴＡＨＯＺ、ＯＩＴＡＨＮＯＸＺおよびＯＩＴＡＨＦＵＥＬＺはいずれも、エンジンオイルの交換時に値０にリセットされる。

次に、次式（１９）により、上記のように算出した温度項ＯＩＴＡＨＯ、ＮＯｘ項ＯＩＴＡＨＮＯＸおよび燃料項ＯＩＴＡＨＦＵＥＬを互いに加算することによって、酸化防止剤相当分の減算項ＯＩＴＡＨを算出する（ステップ３５）。
ＯＩＴＡＨ＝ＯＩＴＡＨＯ＋ＯＩＴＡＨＮＯＸ＋ＯＩＴＡＨＦＵＥＬ
・・・（１９）
この減算項ＯＩＴＡＨは、式（５）の右辺の第２項に相当し、エンジンオイルの交換時からの酸化防止剤相当分のＯＩＴの総減少量を表す。

次いで、ステップ３６〜３８において、式（６）のΣｋ４、Σｋ５×[ＮＯｘ]² およびΣｋ６×[ＦＵＥＬ]² にそれぞれ相当する、過酸化物分解剤相当分の温度項ＯＩＴＺＮＯ、ＮＯｘ項ＯＩＴＺＮＮＯＸおよび燃料項ＯＩＴＺＮＦＵＥＬを、それぞれ算出する。

具体的には、ステップ３６において、温度項ＯＩＴＺＮＯを、その初期値ＯＩＴＺＮＯＺに反応速度係数ｋ４を加算することによって、算出する。ステップ３７では、ＮＯｘ項ＯＩＴＺＮＮＯＸを、その初期値ＯＩＴＺＮＮＯＸＺに、反応速度係数ｋ５とＮＯｘ濃度[ＮＯｘ]の２乗との積（＝ｋ５・[ＮＯｘ]² ）を加算することによって、算出する。また、ステップ３８では、燃料項ＯＩＴＺＮＦＵＥＬを、その初期値ＯＩＴＺＮＦＵＥＬＺに、反応速度係数ｋ６と燃料濃度 [ＦＵＥＬ] の２乗との積（＝ｋ６・[ＦＵＥＬ]² ）を加算することによって、算出する。なお、上記の初期値ＯＩＴＺＮＯＺ、ＯＩＴＺＮＮＯＸＺおよびＯＩＴＺＮＦＵＥＬＺもまた、エンジンオイルの交換時に値０にリセットされる。

次に、上記のように算出した温度項ＯＩＴＺＮＯ、ＮＯｘ項ＯＩＴＺＮＮＯＸおよび燃料項ＯＩＴＺＮＦＵＥＬを用い、次式（２０）によって、過酸化物分解剤相当分の乗算項ＯＩＴＺＮを算出する（ステップ３９）。
ＯＩＴＺＮ＝ＥＸＰ｛−（ＯＩＴＺＮＯ
＋ＯＩＴＺＮＮＯＸ＋ＯＩＴＺＮＦＵＥＬ）｝ ・・・（２０）
この乗算項ＯＩＴＺＮは、式（６）の右辺の初期値[ＯＩＴ]_ZNINI に対する乗算項に相当する。

次いで、ステップ３５で算出した酸化防止剤相当分の減算項ＯＩＴＡＨ、および過酸化物分解剤相当分の乗算項ＯＩＴＺＮを用い、次式（２１）によってＯＩＴを算出し（ステップ４０）、本処理を終了する。
ＯＩＴ＝ＯＩＴＡＨＩＮＩ−ＯＩＴＡＨ＋ＯＩＴＺＮＩＮＩ×ＯＩＴＺＮ
・・・（２１）
この式（２１）は、式（１）（５）（６）に相当し、ＯＩＴＡＨＩＮＩ、ＯＩＴＺＮＩＮＩはそれぞれ、酸化防止剤相当分のＯＩＴの初期値、過酸化物分解剤相当分のＯＩＴの初期値である。

図８に戻り、前記ステップ５に続くステップ６では、前述したようにして求めたＴＢＮおよびＯＩＴに基づいて、エンジンオイルの劣化を判定し、本処理を終了する。

図１４は、そのサブルーチンを示している。まず、ステップ５１では、ＴＢＮに応じ、図１５に示すテーブルを検索することによって、ＴＢＮに基づく残り寿命指数ＲＴＢＮを算出する。このテーブルは、ＴＢＮ値とエンジンオイルの残り寿命との関係を実験などによって求め、残り寿命指数ＲＴＢＮとして表したものである。残り寿命指数ＲＴＢＮは、その値が小さいほど、エンジンオイルの劣化度合が高く、その残り寿命がより短いことを示し、したがって、このテーブルでは、ＴＢＮ値が小さいほど、より小さな値に設定されている。

次に、ＯＩＴＮに応じ、図１６に示すテーブルを検索することによって、ＯＩＴに基づく残り寿命指数ＲＯＩＴを算出する（ステップ５２）。このテーブルは、ＯＩＴ値とエンジンオイルの残り寿命との関係を実験などによって求め、残り寿命指数ＲＯＩＴとして表したものである。残り寿命指数ＲＯＩＴもまた、その値が小さいほど、エンジンオイルの劣化度合が高く、その残り寿命がより短いことを示し、したがって、このテーブルでは、ＯＩＴ値が小さいほど、より小さな値に設定されている。

次いで、ステップ５１および５２で求めた残り寿命指数ＲＴＢＮ、ＲＯＩＴのうちのより小さい方を、最終的な残り寿命指数ＲＯＬＦとして設定する（ステップ５３）とともに、この残り寿命指数ＲＯＬＦが所定の基準値ＲＲＥＦよりも小さいか否かを判別する（ステップ５４）。

そして、この答がＮＯで、ＲＯＬＦ≧ＲＲＥＦのときには、エンジンオイルが劣化していないと判定して、オイル劣化フラグＦ＿ＯＩＬＮＧを「０」にセットし（ステップ５５）、本処理を終了する。

一方、ステップ５４の答がＹＥＳで、ＲＯＬＦ＜ＲＲＥＦのときには、エンジンオイルが劣化していると判定し、そのことを表すために、オイル劣化フラグＦ＿ＯＩＬＮＧを「１」にセットし（ステップ５６）、本処理を終了する。このようにオイル劣化フラグＦ＿ＯＩＬＮＧが「１」にセットされると、ＥＣＵ２からの制御信号により、オイルランプ２１が点灯することによって、運転者にエンジンオイルの交換が促される。

以上のように、本実施形態によれば、エンジンオイルでの低温スラッジの発生要因となる酸化防止性能の消耗の度合を表すＯＩＴと、高温スラッジの発生要因となる清浄維持性能の消耗の度合を表すＴＢＮとを、互いに別個に算出するとともに、算出されたＯＩＴおよびＴＢＮに基づいて、エンジンオイルの劣化を判定する。このように、ＯＩＴおよびＴＢＮという異なる２種類のオイル劣化パラメータを併用して、劣化判定を行うので、単一のオイル劣化パラメータを用いる場合よりも判定の安全率を小さく設定しながら、エンジンオイルの劣化を精度良く判定でき、したがって、エンジンオイルの交換時期を適切に判定することができる。

また、従来の劣化判定装置のような判定専用のセンサを用いることなく、ＯＩＴおよびＴＢＮを算出のみによって求めるので、より安価に構成することができる。

さらに、算出したＯＩＴおよびＴＢＮにそれぞれ基づいて、エンジンオイルの残り寿命を表す残り寿命指数ＲＯＩＴおよびＲＴＢＮを算出し、そのうちのより小さなものを、基準値ＲＲＥＦと比較することによって、エンジンオイルの劣化を判定するので、エンジンオイルの交換時期を的確に判定することができる。また、そのような判定手法によれば、ＯＩＴおよびＴＢＮの各々に対する判定の安全率を小さく設定することが可能になり、それにより、劣化判定の精度をさらに高めることができる。

また、酸化防止剤相当分の[ＯＩＴ]_AHと過酸化物分解剤相当分の[ＯＩＴ]_ZNを互いに別個に算出するとともに（式（５）（６））、両者を加算することによって、エンジンオイル全体としての[ＯＩＴ]_TOTAL を算出する（式（１））。したがって、酸化防止剤と過酸化物分解剤との消耗形態の相違に応じて、[ＯＩＴ]_AH値および[ＯＩＴ]_ZN値をそれぞれ精度良く算出でき、それにより、エンジンオイル全体としてのＯＩＴも精度良く算出できるので、劣化判定の精度をより一層、高めることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、酸化防止性能を表す指標としてＯＩＴを、清浄維持性能を表す指標としてＴＢＮを、それぞれ用いているが、これに限らず、他の適当な指標を用いることが可能である。例えば、酸化防止性能を表す指標として、エンジンオイルに酸化を促進する所定の試薬を加え続け、エンジンオイルが酸化を防止できなくなったときの限界の試薬量を用いてもよく、あるいは、エンジンオイルと酸素を密閉空間に封入した状態で加圧・加熱し、酸化防止剤と酸素との反応により低下した所定時間後における密閉空間内の圧力値を用いてもよい。また、清浄維持性能を表す指標として、いわゆるホットチューブテストによって得られるエンジンオイルの色の評点や炭化物量を用いてもよい。さらに、実施形態で説明したＯＩＴおよびＴＢＮの算出手法は、あくまで例示であり、他の適当な手法を採用できる。

また、実施形態では、算出したＯＩＴおよびＴＢＮに基づいて、エンジンオイルの劣化を判定しているが、本発明は、このような劣化判定以外のエンジンオイルの劣化の推定にも適用できる。例えば、ＯＩＴなどに基づいてエンジンオイルの劣化度合を推定し、さらに、この劣化度合からエンジンのピストンのフリクションの変化状態を推定し、燃料噴射制御などに利用してもよい。

さらに、実施形態ではエンジンオイル中の燃料濃度（希釈率）を、燃料噴射量ＱＩＮＪやエンジン回転数ＮＥなどのエンジン３の運転状態に応じて推定しているが、センサを用いて直接、検出してもよい。同様に、燃料濃度を求める際のエンジンオイル量ＱＯＩＬとして所定値を用いているが、オイルレベルセンサなどによって検出してもよい。

また、実施形態は、本発明を車両用のガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ディーゼルエンジンなどの各種のエンジンや、クランク軸を鉛直方向に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本発明が適用された内燃機関を概略的に示す図である。 ＥＣＵへの信号の入出力関係を示す図である。 ＯＩＴの反応速度係数ｋ１、ｋ４のアレニウスプロット図である。 ＮＯｘ濃度とＯＩＴの劣化速度項Ａ_NOx、Ｂ_NOxとの関係を示す図である。 ＯＩＴの反応速度係数ｋ２、ｋ５のアレニウスプロット図である。 燃料濃度とＯＩＴの劣化速度項Ｃ_FUEL、Ｄ_FUELとの関係を示す図である。 ＯＩＴの反応速度係数ｋ３、ｋ６のアレニウスプロット図である。 エンジンオイルの劣化判定処理のメインフローを示すフローチャートである。 燃料濃度の算出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 ＯＩＴの算出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 反応速度係数ｋ１、ｋ４を求めるためのテーブルの一例である。 反応速度係数ｋ２、ｋ５を求めるためのテーブルの一例である。 反応速度係数ｋ３、ｋ６を求めるためのテーブルの一例である。 劣化判定処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 残り寿命指数ＲＴＢＮを求めるためのテーブルの一例である。 残り寿命指数ＲＯＩＴを求めるためのテーブルの一例である。

符号の説明

２ ＥＣＵ（酸化防止性能推定手段、清浄維持性能推定手段、劣化推定手段、第１およ
び第２残り寿命パラメータ算出手段、第１および第２劣化パラメータ算出手段）
３ エンジン
ＯＩＴ 酸化誘導時間（酸化防止性能、第１劣化パラメータ）
ＴＢＮ 全塩基価（清浄維持性能、第２劣化パラメータ）
ＲＯＩＴ ＯＩＴに基づく残り寿命指数（第１残り寿命パラメータ）
ＲＴＢＮ ＴＢＮに基づく残り寿命指数（第２残り寿命パラメータ）
[ＯＩＴ]_AH 酸化防止剤相当分のＯＩＴ（第１酸化防止性能）
[ＯＩＴ]_ZN 過酸化物分解剤相当分のＯＩＴ（第２酸化防止性能）
[ＯＩＴ]_TOTAL 総ＯＩＴ

Claims (2)

1. 内燃機関の潤滑に用いられるエンジンオイルの劣化推定装置であって、
   エンジンオイルの酸化防止性能を推定する酸化防止性能推定手段と、
   エンジンオイルの清浄維持性能を推定する清浄維持性能推定手段と、
   前記推定された酸化防止性能および清浄維持性能に基づいて、エンジンオイルの劣化を推定する劣化推定手段と、を備え、
   前記酸化防止性能推定手段は、
   エンジンオイルに含まれる酸化防止剤による酸化防止性能を、第１酸化防止性能として推定する第１酸化防止性能推定手段と、
   エンジンオイルに含まれる過酸化物分解剤による酸化防止性能を、第２酸化防止性能として推定する第２酸化防止性能推定手段と、を有し、
   前記酸化防止性能を、前記推定された第１酸化防止性能および第２酸化防止性能に基づいて算出することを特徴とするエンジンオイルの劣化推定装置。
2. 前記酸化防止性能に基づいて、エンジンオイルの残りの寿命を表す第１残り寿命パラメータを算出する第１残り寿命パラメータ算出手段と、
   前記清浄維持性能に基づいて、エンジンオイルの残りの寿命を表す第２残り寿命パラメータを算出する第２残り寿命パラメータ算出手段と、をさらに備え、
   前記劣化推定手段は、前記算出された第１および第２残り寿命パラメータのうちのより小さい方に基づいて、エンジンオイルの劣化を判定することを特徴とする、請求項１に記載のエンジンオイルの劣化推定装置。

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