JP4929204B2 - オイル性状管理方法及び該装置 - Google Patents
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Description
従来より多く用いられているオイルの劣化判断方法として、オイルを定期的にサンプリングして化学分析を行ってオイルの劣化状態を判断する方法があるが、オイルのサンプリングを行ってから化学分析結果を得るまでにかなりの時間を要するため、その性状管理はタイムリーなものであるとは言い難かった。そこで、リアルタイムでオイルの劣化状態を検知することができる装置の開発が望まれ、例えば以下のような手法が提案されている。
また、特許文献2(特開2004−354082号公報)には、オイルフィルタを通過してエンジンの手動部にオイルを供給するメインギャラリにオイル劣化センサを設置したエンジンオイル劣化検出装置が開示されている。このオイル劣化センサは、電極間に交流電流を印加したとき、両電極と電極間のオイルとによりコンデンサが構成されるものとし、両電極間の静電容量を測定し、該静電容量から求めた比誘電率に基づいてオイル劣化の有無を判定するようになっている。
特許文献2に開示された技術においても、静電容量を測定する際にオイルの温度変化やオイルへの異物混入などの影響を受けやすく、測定誤差が大きくなってしまうという問題があった。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、異物混入や温度変化等による測定誤差を最小限に抑え、より精度の高いオイル劣化判断を行い得るオイル性状管理方法及び該装置を提供することを目的とする。
前記オイル流路に供給されるオイルの比誘電率とTBN(全塩基価)の相関関係を予め求めておき、
前記オイル流路に配置された2つの電極間に高周波交流電圧を印加したときに流れる電流を測定するとともに、前記電極間の電圧を測定し、該測定した電流値及び電圧値に基づいてオイルの比誘電率を求め、
該比誘電率を前記相関関係に基づいてTBN値に変換し、該TBN値からオイルの劣化状態を判断状態を判断し、
更に前記高周波交流電圧の周波数領域は、複素インピーダンスZの逆数1/Zの実部(1/R)が、虚部(jωC)の1/100以下となる高周波領域であることを特徴とする。
TBNはオイルの酸中和能力と清浄度を示す基準として利用され、オイルが劣化するに従って低くなる値であり、またオイルの比誘電率とTBN値は、互いに相関関係がみられる。そこで、本発明のように、予め比誘電率とTBNの相関関係を取得しておき、これを用いることにより比誘電率からオイルの劣化状態を簡単に且つ精度良く判断することが可能となる。
これにより、適切なオイル交換時期が把握できるため、不必要なオイル交換作業を行う必要がなくなる。
前記オイル流路に対向配置された2つの電極と、該2つの電極間に高周波交流電圧を印加する高周波交流電源と、前記2つの電極間の電流を測定する電流計と、前記2つの電極間の電圧を測定する電圧計と、前記電流計及び前記電圧計にて測定された測定結果に基づいてオイルの劣化を判断する処理手段と、を備え、
前記処理手段は、前記オイル流路に供給されるオイル固有の比誘電率とTBN値(全塩基価)の相関関係が格納された記憶部と、前記測定された電流値及び電圧値から比誘電率を算出する比誘電率算出部と、該算出した比誘電率から前記相関関係に基づいてオイルの劣化を判断する劣化判断部とを備え、
更に前記高周波交流電圧の周波数域交流電圧の周波数域は、複素インピーダンスZの逆数1/Zの実部(1/R)が、虚部(jωC)の1/100以下となる高周波領域であることを特徴とする。
更に、前記両電極に印加する高周波交流電圧の周波数を前記高周波領域内にて変化させて計測を行うことを特徴とする。
これにより、電極に付着したすす等の異物が除去されて洗浄を行うことが可能となり、円滑な測定が可能となる。
一般に、オイルの比誘電率は約2と小さいが、高誘電率を有する部材を電極間に挿入することにより、小さい比誘電率情報を検出することが困難な場合であっても比誘電率をオフセットすることができ、高い精度で比誘電率を測定することが可能となる。
これによれば、高誘電率を有する部材を電極間に挿入しているため、比誘電率を高い精度で検出することができるとともに、鉄粉、カーボン等の異物がオイル中を流れてきて電極間に詰まった場合に、両電極間がショートすると該部材に交流電圧が印加されるため、圧電効果により電極が加振され、その結果、電極間に介在する異物が超音波振動により取り除かれる。これにより、電極洗浄のために定期的にスイッチ操作等の作業を行うことなく、電極間がショートしたときに適宜洗浄効果を発揮することが可能となる。
オイルの抵抗率は温度の変化に敏感であるため、電流及び電圧を計測する前に、予め測定に適した温度にオイルを温度調整することにより、温度変化の影響を無くし、より安定した計測を実施することが可能となる。
図1乃至図6は本実施形態に係るオイル性状管理方法及び装置を説明する図、図7乃至図11は本実施形態の変形例につき説明する図である。
発電用ガスエンジンにおいて、オイルタンクに貯留されたオイルは、オイル流路を介してガスエンジンのピストン、シリンダ、ベアリング等のガスエンジンの回転部又は摺動部、或いはこれらの周辺部の各部品に供給され、使用されたオイルはオイル流路を介してオイルフィルタで濾過された後、オイルタンクに回収される。そして回収されたオイルは再びオイル流路を経由して前記各種部品に供給され、循環経路を形成している。本実施形態に係る装置は、このオイル流路を通流するオイルの劣化状態を判断し、リアルタイムでオイル性状を管理するものである。
前記電流計24及び電圧計25は、例えば、それぞれ電流及び電圧の瞬時値を出力できる形態のものを使用する。
前記高周波交流電源23としては、正弦波の交流電圧を出力するもので、その周波数は高周波領域に設定される。該高周波領域に関しては後で詳述する。
本実施例では、交流電圧の周波数を高周波領域に設定しているため、複素インピーダンスZの逆数1/|Z|のうち抵抗値Rは考慮せず、複素インピーダンスZの逆数1/|Z|から静電容量値Cのみを求める。
前記比誘電率算出部43では、静電容量値Cからオイル10の比誘電率εを求める。
さらに、前記劣化判断部44では、予め記憶部31aに設定されたオイル固有の比誘電率とTBNの相関関係に基づいて、前記比誘電率算出部43にて算出された比誘電率からTBN値を求め、該TBN値に基づいてオイルの劣化状態を判断し、必要に応じて報知部32より診断結果を放置する。
例えば、予備実験により、高周波領域内にて複数の周波数における計測を行って、オイル10の性質に応じて、より比誘電率εの感度が高く、より適正に劣化判断を行い得る交流電圧の周波数帯を確認しておくことができる。
まず、オイルの比誘電率とTBN(全塩基価)の相関関係を予め求めておく(S1)。TBNはオイルの酸中和能力と清浄度を示す基準として利用され、オイルが劣化するに従って低くなる値である。オイルの比誘電率とTBN値は、図2に示すように互いに相関関係がみられる。即ち、オイルのTBN値が低くなるにつれてオイルの比誘電率が上昇する。このオイルの比誘電率とTBNの相関関係を予め取得して記憶部31aに格納しておく。この相関関係は、オイル種類によって固有のものであり、予め実験等により求めてもよいし、同一種類のオイルにおいては異なる発電用ガスエンジンから該相関関係を援用してもよい。
そして、前記記憶部31aに格納されたオイルの比誘電率とTBNの相関関係に基づいて、前記算出された誘電率からTBN値に変換し(S4)、該TBN値に基づいてオイルの劣化状態を判断する(S5)。
まず、図4(a)に示した電極21、22及び電極間に介在するオイル20の等価電気モデルとして、図4(b)に示すような、抵抗R(Rは構造体の抵抗値)及び静電容量C(電極間に介在するオイルの静電容量値)による並列回路を仮定する。
交流電源23により印加される電圧をVとし、該電圧Vの周波数をωとし、流れる電流をI、抵抗Rを流れる電流をI1、静電容量Cを流れる電流をI2とするとき、回路方程式は、次式で示される。
V=R・I1 …(2)
V=(1/jωC)・I2 …(3)
Z=V/I=V/(((1/R)+jωC)・V) …(4)
=1/((1/R)+jωC)
好適には、交流電圧の周波数域は、複素インピーダンスZの逆数1/Zの実部(1/R)が、虚部(jωC)の1/100以下となるような高周波領域とすることが好ましい。
図7に、本実施形態の装置に自己洗浄手段を具備した構成につき示す。
同図に示されるように、超音波振動子61を電極の少なくとも何れか一方21(22)に接合し、該超音波振動子61の電極21(22)との接合部とは異なる側の端部に重り62を取り付けた構成となっている。尚、超音波振動子61は、両電極21、22に設けることが好ましく、これにより両電極を洗浄することが可能となる。
ここで超音波振動子61とは、電気エネルギをひずみに変換する素子であり、電歪振動子や磁歪振動子等が用いられるが、好適にはピエゾ素子等の圧電素子が好適に用いられる。
上記自己洗浄手段を用いて、誘電率の測定を停止して超音波振動子61に電圧を印加すると該超音波振動61子の振動による慣性力により電極21(22)が加振される。これにより、電極21(22)に付着したすす等の異物が除去されて洗浄を行うことが可能となる。
図8に、本実施形態の装置において、比誘電率のオフセット手段を具備した構成につき示す。本構成では、少なくとも何れかの電極21(22)の電極面に高誘電率を有する部材63を付設し、両電極21、22により形成される仮想的なコンデンサの静電容量を上げるようにしている。該高誘電率を有する部材63は、電極面に対して均一な肉厚となるように配置される。該高誘電率を有する部材63としては、例えばチタン酸バリウム(比誘電率:約1200)、二酸化チタン(比誘電率:約100)等が好適に用いられる。
上記構成により比誘電率を求めた後、挿入した高誘電率を有する部材63に相当する値を差し引くことでオイルの比誘電率を算出することができる。
図10に、本実施形態の装置において、自己洗浄手段と比誘電率のオフセット手段とを具備した構成につき示す。本構成では、少なくとも何れかの電極21(22)の電極面に、高誘電率を有するととともに超音波振動作用を有する部材64を付設している。該部材64としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等が好適に用いられる。該部材64は、電極面に対して均一な肉厚となるように配置され、薄板状に形成したものを複数積層してもよい。
本構成によれば、高誘電率を有する部材64を電極間に挿入しているため、比誘電率を高い精度で検出することができるとともに、鉄粉、カーボン等の異物がオイル中を流れてきて電極間に詰まった場合に、両電極間がショートすると該部材に交流電圧が印加されるため、圧電効果により電極21、22が加振される。その結果、電極間に介在する異物が超音波振動により取り除かれる。これにより、電極洗浄のために定期的にスイッチ操作等の作業を行うことなく、電極間がショートしたときに適宜洗浄効果を発揮することが可能となる。
本実施形態の装置において、温度調整手段を具備した構成につき示す。本構成では、電極より上流側のオイル流路に温度調整手段を設け、該温度調整手段によりオイル温度を所定温度に一定となるよう調整するようにしている。図11に示すように、オイルの抵抗率は温度の変化に敏感であるため、電流及び電圧を計測する前に、予め測定に適した温度にオイルを温度調整することにより、温度変化の影響を無くし、より安定した計測を実施することが可能となる。
また、本発明のオイル性状管理方法及び装置をこのような発電用ガスエンジンに適用することにより、ガスエンジンの運転を止めることなく、リアルタイムにオイルの劣化センシングが可能となり、更に、適切なオイル交換時期が把握できるため、不必要なオイル交換作業を行わずに済むという効果を奏する。
11 オイル流路
21、22 電極
23 高周波交流電圧源
24 電流計
25 電圧計
31 信号処理部
31a 記憶部
32 報知部
41 実効値比較部
42 静電容量算出部
43 比誘電率算出部
44 劣化判断部
Claims (8)
- 発電用ガスエンジンの回転部又は摺動部、或いはこれらの周辺部にオイル流路を介して供給されるオイルの性状管理方法において、
前記オイル流路に供給されるオイルの比誘電率とTBN(全塩基価)の相関関係を予め求めておき、
前記オイル流路に配置された2つの電極間に高周波交流電圧を印加したときに流れる電流を測定するとともに、前記電極間の電圧を測定し、該測定した電流値及び電圧値に基づいてオイルの比誘電率を求め、
該比誘電率を前記相関関係に基づいてTBN値に変換し、該TBN値からオイルの劣化状態を判断し、
更に前記高周波交流電圧の周波数領域は、複素インピーダンスZの逆数1/Zの実部(1/R)が、虚部(jωC)の1/100以下となる高周波領域であることを特徴とするオイル性状管理方法。 - 前記両電極に印加する高周波交流電圧の周波数を前記高周波領域内にて変化させて計測を行うことを特徴とする請求項1記載のオイル性状管理方法。
- 発電用ガスエンジンの回転部又は摺動部、或いはこれらの周辺部にオイル流路を介して供給されるオイルの性状管理装置において、
前記オイル流路に対向配置された2つの電極と、該2つの電極間に高周波交流電圧を印加する高周波交流電源と、前記2つの電極間の電流を測定する電流計と、前記2つの電極間の電圧を測定する電圧計と、前記電流計及び前記電圧計にて測定された測定結果に基づいてオイルの劣化を判断する処理手段と、を備え、
前記処理手段は、前記オイル流路に供給されるオイル固有の比誘電率とTBN値(全塩基価)の相関関係が格納された記憶部と、前記測定された電流値及び電圧値から比誘電率を算出する比誘電率算出部と、該算出した比誘電率から前記相関関係に基づいてオイルの劣化を判断する劣化判断部とを備え、
更に前記高周波交流電圧の周波数領域は、複素インピーダンスZの逆数1/Zの実部(1/R)が、虚部(jωC)の1/100以下となる高周波領域であることを特徴とするオイル性状管理装置。 - 前記2つの電極間に高周波交流電圧を印加する高周波交流電源は、前記両電極に印加する高周波交流電圧の周波数を前記高周波領域内にて可変可能な高周波交流電源である請求項3記載のオイル性状管理装置。
- 前記電極に絶縁部材を介して超音波振動子を接合し、間欠的に該超音波振動子に電圧を印加して発生させた超音波振動を前記電極に伝播させ、該超音波振動により前記電極を洗浄するようにしたことを特徴とする請求項3若しくは4記載のオイル性状管理装置。
- 前記電極間に、高誘電率を有する部材を電極面に対して均一な肉厚となるように介在させたことを特徴とする請求項3乃至5の何れかに記載のオイル性状管理装置。
- 前記2つの電極のうち少なくとも何れか一方の電極面に、高誘電率を有し且つ超音波振動作用を有する部材を該電極面に対して均一な肉厚となるように接合したことを特徴とする請求項3乃至6の何れかに記載のオイル性状管理装置。
- 前記2つの電極が配置される位置より上流側の前記オイル流路に、温度調整手段を設けたことを特徴とする請求項3乃至7の何れかに記載のオイル性状管理装置。
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2008
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