JP5032836B2 - オイルミスト検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関において軸受過熱等により潤滑油が熱せられて発生するオイルミストを検知する光散乱式のオイルミスト検出装置に関し、特に船舶用の内燃機関に好適に用いられるオイルミスト検出装置に関するものである。
この種のオイルミスト検出装置は、内燃機関のクランクケース内に配置されるものであり、オイルミスト導入室を有したケーシングと、このオイルミスト導入室に設けた透光窓の外側に臨むように配置した発光手段及び受光手段とを備えている。そして、発光手段から透光窓を介してオイルミスト導入室内の所定検出領域に光を照射するとともに、その検出領域に存在するオイルミストに照射光が当たって生じる散乱光を、透光窓を介して受光手段が受光することによりオイルミストを検出するものである。
従来、内燃機関の動作中における前記透光窓の汚れ防止対策を行ったものに、ケーシングを二重管構造にして、オイル飛沫(油滴)が透光窓に到達しないようにしたものがある(特許文献1)。
しかしながら、オイル飛沫(油滴)より微小なオイルミストが透光窓に到達して付着することまでは完全に防ぐことができない。そして、透光窓に付着したオイルミストは長期にわたって乾燥と付着を繰り返し、そのオイルミストが凝縮して曇りを発生してしまい、その結果、透光窓の透過率が著しく低下する場合があることが分かった。
また、透光窓の透過率が著しく低下したレベルに達しないまでも、透光窓が汚れた状態で、オイルミストを検出することにより、検出誤差が生じるという問題がある。
一方、感度低下したオイルミスト検出装置は、透光窓を洗浄することで、再度使用することが可能であるが、従来のオイルミスト検出装置は、感度低下していることを知ることができないという欠点があり、定期的な洗浄などを義務付ける必要があった。
特開2005−164408号公報
そこで本発明は、オイルミスト検出装置の透光窓の汚れを簡単且つ確実に検出することをその主たる所期課題とするものである。
すなわち本発明に係るオイルミスト検出装置は、内燃機関のクランクケース内に配置されるオイルミスト導入室を有したケーシングと、このオイルミスト導入室に設けた透光窓の外側に臨むように配置した発光手段及び受光手段とを備え、前記発光手段から前記透光窓を介してオイルミスト導入室内の所定検出領域に光を照射するとともに、その検出領域に存在するオイルミストに前記光が当たって生じる散乱光を、前記透光窓を介して前記受光手段が受光することによりオイルミストを検出するものであって、前記オイルミスト導入室内にオイルミストが存在しない状態において、前記ケーシングからの背景散乱光を前記受光手段に意図的に一定量入射させて、当該受光手段による検出信号のゼロ点を意図的に上げるゼロ点シフト構造と、前記受光手段からの前記検出信号を受け付けて所定の演算処理を行う制御装置と備え、前記ケーシングが、先端面が封止された概略円筒形状をなすものであり、先端側に前記オイルミスト導入室及び基端側に前記発光手段及び前記受光手段を収容するセンサ収容室を有しており、前記オイルミスト導入室及び前記センサ収容室が前記投光窓により仕切られており、前記ゼロ点シフト構造は、前記透光窓から前記検出領域へ向かう照射光の光軸延長線と、前記検出領域から透光窓に向かう散乱光の光軸延長線とを区切るようにして設けられた遮光部材の長さが調節されることにより構成されるものであり、前記制御装置が、背景散乱光のみを検出した前記検出信号であるゼロ点信号を受信して、そのゼロ点が所定値低下した値である汚れ異常値と前記受光手段からの前記検出信号が示す検出信号値とを比較して、前記検出信号値が前記汚れ異常値よりも小さい場合には、透光窓が汚れていると判断する汚れ異常判断部と、を備えていることを特徴とする。
このようなものであれば、ゼロ点シフト構造により意図的にゼロ点を上げているので、そのゼロ点の低下により、透光窓の汚れを検出することができる。よって、透光窓の汚れを簡単且つ確実に検出することができるようになる。また、汚れ異常判断部が検出信号値と汚れ異常値とを比較することから、自動的に透光窓の汚れを判断することができる。
オイルミスト検出装置の具体的な実施の態様及びその装置における具体的なゼロ点シフト構造としては、前記ケーシングが円筒状をなすものであり、前記ゼロ点シフト構造が、前記透光窓から前記検出領域へ向かう照射光の光軸延長線と、前記検出領域から透光窓に向かう散乱光の光軸延長線とを区切るようにして設けられた遮光部材の長さを調節することにより構成されるものであることが望ましい。
オペレータに自動的に透光窓の汚れを報知する為には、前記異常検出部からの異常検出信号を受信して、前記透光窓の汚れを報知する報知手段を備えていることが望ましい。
このように構成した本発明によれば、オイルミスト検出装置の透光窓の汚れを簡単且つ確実に検出することができる。
以下に、本発明のオイルミスト検出装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図1は、本実施形態に係るオイルミスト検出装置1の全体を示す全体斜視図であり、図2は、その利用状態を示す利用状態説明図であり、図3は、その内部構造を示す模式的水平方向断面図である。
本実施形態に係るオイルミスト検出装置1は、図1及び図2に示すように、例えば船舶用ディーゼル機関のクランクケースCに取り付けられる光散乱式のものであり、軸受過熱等によりクランクケースC内部で発生するオイルミストを検出するために用いられる。
<装置構成>
具体的にオイルミスト検出装置1は、図1及び図2に示すように、先端側がクランクケースCの内側にほぼ水平〜約15°下向きに突出するように、当該クランクケースCの壁に設けた取付孔C1に外部から貫通させて取り付けられる円筒状の検出部11と、その検出部11の基端に連設される直方体状の制御装置12とを備えている。
検出部11は、図3に模式的に示すように、先端側にオイルミストを内部に導入拡散し得るように構成したオイルミスト導入室66を形成し、基端側にセンサ収容室61を形成したケーシング6を備えている。このオイルミスト導入室66には、透明板材で形成した透光窓Wが設けられ、その外側にはセンサ収容室61が配設される。すなわち、オイルミスト導入室63とセンサ収容室61とは、フィルムの様な薄板状の透明板材で形成した透光窓Wで仕切ってあり、センサ収容室61の前記透光窓Wに臨む位置(ケーシング6の基端内部)に発光手段2及び受光手段3を並べて配置するようにしている。
まず、発光手段2及び受光手段3について説明する。
発光手段2は、その発光面を透光窓Wに向けて配置した例えばLEDであり、本実施形態では、オイルミストの粒子径に適合する波長帯域光を発するものを用いている。もちろん、LD(レーザダイオード)等他の発光手段2を用いても構わない。
受光手段3は、その受光面を透光窓Wに向けて配置した例えばPD(フォトダイオード)であり、その受光面に受けた光の強度に応じた値の電気信号を出力するものである。もちろん例えばCCD等、他の受光手段3を用いても構わない。
これら発光手段2及び受光手段3は、照射する光LBの光軸及び受光する光LSの光軸が互いに略平行となるように並列配置してあり、図3に模式的に示すように、ケーシング6の主軸6Lに沿って配置した仕切板65によって仕切ってある。
そして、発光手段2の発光面と透光窓Wとの間に配置した第1屈折手段41によって、発光手段2から出た照射光LBが受光手段3側に曲がり、前記透光窓Wを介してオイルミスト導入室66のケーシング主軸6L近傍に設定された検出領域Sに照射されるように構成している。一方、前記検出領域Sに存在するオイルミストに前記照射光LBが当たって生じる散乱光LSは、前記透光窓Wを通過した後、受光手段3の受光面と透光窓Wとの間に配置した第2屈折手段42で曲げられ前記受光手段3で受光されるようにしてある。
なお、第1屈折手段41及び第2屈折手段42は、円形凸レンズをその光軸(中心)を通る直線で半割した半円形状をなすもので、薄肉板状をなす第1遮光部材43をその半割面間に挟み込ませるように配置している。
このようにして、前記受光手段3で受光された散乱光LSが、その強度に応じた電気信号である検出信号に変換され、プリアンプ回路等を経て前記制御装置12に送信されて、オイルミスト状態を示すランプ表示がなされるようにしている。
次に、ケーシング6について説明する。ケーシング6は、先端面が封止された概略円筒形状をなすもので、センサ収容室61を形成する第1ケーシング部6Aと、オイルミスト導入室66を形成する第2ケーシング部6Bとを備えている。
第1ケーシング部6Aは、エンジンクランクケースC等の所要部位に装着するためのねじ山を外周に有する周壁62と、その周壁62の基端近傍内部にケーシング主軸6Lと直交させて配置した支持板63と、前記周壁62の先端近傍内部にケーシング主軸6Lと直交させて配置した絞り機能を有する窓板64と、前記支持板63及び窓板64間に配置され、その間の空間を2分する仕切板65とを備えてなる。
前記支持板63は、発光手段2の発光面及び受光手段3の受光面が、ケーシング主軸6Lと垂直となるように、なおかつそれらが仕切板65を挟んでケーシング主軸6Lに対して互いに対称位置となるように、発光手段2と受光手段3とを支持するものである。窓板64には、前記発光面及び受光面に対応する位置に光通過用の絞り64aを設けてある。
仕切板65は、前記周壁62、支持板63、窓板64によって囲まれるセンサ収容室61の空間を、発光手段2及び受光手段3を収容する対称な2つの収容空間に分離するもので、ケーシング主軸6Lに沿うように設けてある。
第2ケーシング部6Bは、第1ケーシング部6Aと略同径の概略円筒状をなすもので、先端面は封止してあり、図1及び図2に示すように、内部にオイルミストを導くオイルミスト導入ポート6B2と、外部へオイルミストを排出するオイルミスト排出ポート6B1とを備えてなる。このオイルミスト導入ポート6B2及びオイルミスト排出ポート6B1は、例えば第2ケーシング部6B内に形成される検出領域Sの近傍に設けてある。
また、この第2ケーシング6B内部における前記検出領域Sよりも前方、すなわち屈折手段の反対側であって、第1屈折手段41から前記検出領域Sに向かう照射光LBの光軸延長線と前記検出領域Sから第2屈折手段42に向かう反射/散乱光LSの光軸延長線との間に第2遮光部材7を設けている。この第2遮光部材7は、板状をなすもので、検出領域Sの前方から第2ケーシング部6B先端内面に亘って設けてあり、第2ケーシング部6Bの先端側を略主軸6Lに沿った縦方向に二分して2つの空間661、662を形成している。また、第2遮光部材7の先端は、散乱光を減らすべくナイフエッジ形状にしている。
さらに、第2ケーシング部6Bの先端部内面は、先端に行くにつれて徐々にその断面積が小さくなるテーパ面にしてあって、前記第2遮光部材7によって区成される各空間661、662が、内部に導入された光を多数回内部反射させて吸収する黒体空洞としての機能を奏するように構成している。
さらに、この第2ケーシング部6B内部における検出領域Sに対応する部位には、ケーシング主軸6Lに直交させて第3遮光部材8を設けている。この第3遮光部材8は、中央には例えば楕円状のスリット8aを形成したもので、このスリット8aを含む前後に前記検出領域Sが形成されるように設定してある。このスリット8aは、照射光LBが直接的に第3遮光部材8に当たり散乱光LSを生じることがないように余裕をもって形成されている。
しかして、本実施形態のオイルミスト検出装置1は、オイルミスト導入室66(検出領域S)内にオイルミストが存在しない状態において、ケーシング6内壁からの背景散乱光BLSを受光手段3に一定量入射させて、検出信号のゼロ点をシフトさせるゼロ点シフト構造を備えている。
このゼロ点シフト構造は、前記第2遮光部材7と第3遮光部材8とから構成されている。つまり、第2遮光部材7のケーシング主軸6L方向の長さを短くするとともに、第3遮光部材8の第2ケーシング部6B側壁からの高さを低くすることにより構成されている。
詳細には、第2遮光部材7に関して言うと、その第2ケーシング部6B先端内面からの長さを短く構成している。また、第3遮光部材8に関して言うと、第3遮光部材8に設けたスリット8aの開口を大きく構成している。そして、オイルミスト導入室66内にオイルミストが存在しない状態、つまり、ディーゼル機関停止時において、発光手段2からの照射光LBがケーシング6内壁によって散乱した背景散乱光BLSを、受光手段3が受光するようにしている。
例えば、受光手段3が受光する背景散乱光BLSが、受光手段3の検出フルスケール(検出許容値)の数%(例えば2〜10%)となるようにしている。そして、第2遮光部材7及び第3遮光部材8は、例えば射出成形などにより製作する。また、射出成形においては、オイルが付いていない状態とオイルで表面が濡れた状態とで背景散乱光が変化しないように、係るケーシング内壁の表面状態を光沢度により調整している。
さらに本実施形態の制御装置12は、受光手段3から受光量に比例した検出器出力信号を受信して、オイルミスト濃度を演算し、オイルミスト出力要求に対して、オイルミスト濃度を出力する、及び透光窓Wの汚れを演算して汚れ警報出力をするものであって、その機器構成は、図4に示すように、CPU1201、内部メモリ1202、入出力インタフェース1203、AD変換器1204等からなる汎用又は専用のコンピュータであり、前記内部メモリ1202の所定領域に格納してあるプログラムに基づいてCPU1201やその周辺機器等が作動することにより、図5に示すように、検出信号受付部121、汚れ異常値格納部D1、汚れ異常判断部122等として機能する。
検出信号受付部121は、受光手段3からの検出信号を受け付けて、その検出信号を汚れ異常判断部122に出力するものである。
汚れ異常値格納部D1は、汚れ異常値信号が格納されるものであり、オペレータ等により外部から格納される。ここで、「汚れ異常値信号」とは、ゼロ点検出信号が示すゼロ点の低下の最下限を設定する信号である。なお、「ゼロ点検出信号」とは、オイルミスト導入室66内にオイルミストが存在しない状態、つまり、ディーゼル機関停止時において、発光手段2から光LBを照射した時に、受光手段3が受光した背景散乱光BLSによる検出信号である。具体的には、ゼロ点における背景散乱光BLSの光量が例えば20〜50%以上低下したときの光量を透光窓汚れ異常値(以下、単に「汚れ異常値」という。)として設定して格納している。
汚れ異常判断部122は、検出信号受付部121から検出信号を取得するとともに、汚れ異常値格納部D1から汚れ異常値信号を取得して、それらの信号値を比較し、汚れ異常値信号が示す汚れ異常値よりも、検出信号が示す検出信号値(測定値)の方が小さい場合には、透光窓Wが所定以上汚れていると判断し、その判断信号を報知手段9に出力するものである。
報知手段9は、制御装置12の汚れ異常判断部122からの判断信号を取得して、オペレータ等に透光窓Wが所定以上汚れていること(汚れ異常)を報知又は警報するものであり、例えば、画面上に表示するもの、光を発するもの、或いは、音を発するもの等が考えられる。なお、前記制御装置12に設けたランプ(図示しない)を報知手段9として用いても良い。
<動作方法>
次に、このように構成した本実施形態のオイルミスト検出装置1の動作について説明する。
<汚れ異常値設定工程>
汚れ異常値を設定するのは、基本的には、製品製造時の例えばゼロ点調整時である。すなわち、オイルミストが存在しない状態において、発光手段2が照射光LBを射出したときに、受光手段3が受光した背景散乱光BLSによって出力する検出信号に基づいて、このときのオイルミスト濃度を0mg/Lに設定するとともに、このときの検出信号の例えば50〜80%を汚れ異常値として設定する。なお、ディーゼル機関停止時、つまりオイルミストが存在しない状態において、オペレータがこれらを設定しても良い。
<オイルミスト検出工程>
窓汚れは、オイルミストが無い状態(ディーゼル機関停止時)において検出する。特に、ディーゼル機関を長期間停止させた後再び作動させる前に、オペレータにより予め設定してある汚れ異常値と、現在の検出信号が示す測定値(ゼロ点)とを比較して、透光窓Wが所定以上汚れているかを判断する。このとき、検出信号受付部121は、受光手段3から検出信号を受け付けて、その検出信号を汚れ異常判断部122に出力する。そして、その検出信号を受信した汚れ異常判断部122は、検出信号が示す測定値と、ゼロ点の低下量の下限(汚れ異常値)とを比較して、測定値が汚れ異常値を下回ったと判断したときは、その判断信号を報知手段9に出力し、その判断信号を受信した報知手段9は、オペレータに報知する。これによりオペレータは、透光窓が所定以上汚れていることを知ることができる。
また、ディーゼル機関作動時(オイルミストがある状態)において、通常のオイルミスト検出を行う。その時も、検出信号受付部121は、受光手段3から検出信号を受け付けて、その検出信号を汚れ異常判断部122に出力する。そして、その検出信号を受信した汚れ異常判断部122は、オイルミスト測定時においても、上記と同様、測定値と、汚れ異常値とを比較して、測定値が汚れ異常値を下回ったと判断したときは、その判断信号を報知手段9に出力し、その判断信号を受信した報知手段9は、オペレータに報知する。なお、報知手段9は報知するのみで、その後、継続して測定可能とすることもできるし、制御装置5が、測定を中断する機能を有するようにしても良い。
一方、測定値が汚れ異常値を下回っていなければ、汚れ異常判断部122は、判断信号を報知手段9に出力することなく、そのまま測定を継続する。
<本実施形態の効果>
このように構成した本実施形態に係るオイルミスト検出装置1によれば、ゼロ点シフト構造により意図的にゼロ点を上げて、透光窓Wの汚れ異常による受光光量の低下を検出することができるので、透光窓Wの汚れを簡単且つ確実に検出することができる。
そして、オイルミストの長期にわたる乾燥と付着による透光窓Wの汚れを簡単且つ確実に検出することができるようになり、測定不可能となる前にオペレータに報知することができる。
また、オイルミストが存在する場合の測定値と汚れ異常値とを常に比較するようにしているので、オイルミスト検出装置1の著しい感度低下が発生する前に報知することができるようになる。
さらに、ディーゼル機関内に直接挿入して設けられる本実施形態のオイルミスト検出装置1は、ゼロガスなどの供給が困難であり、分析計等で用いられる通常のゼロ校正が不可能であるが、本実施形態によれば、エンジン停止時などのオイルミストの少ない状態であれば、ゼロガスの供給無しに透光窓Wの汚れを検出することができる。すなわち、汚れが付着してしまいやすいエンジン停止時に窓汚れの検知が可能という効果がある。また、定期点検においても、センサ部をエンジンクランクケースから外して稼働させるだけで、特にゼロガスの供給もせずに、即時に窓の汚れが検知可能であることは言うまでもない。
<その他の変形実施形態>
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。
例えば、前記実施形態では、第2遮光部材7及び第3遮光部材8の形状を変更することによって遮光量を制御し、オイルミストがない状態においても所定の検出信号出力を得られるゼロ点シフト構造を構成しているが、その他、ケーシング6内に背景散乱光BLSを専用に発生させるための部材を設けても良い。
あるいは、ゼロ点シフト構造として第2遮光部材7又は第3遮光部材8のいずれか一方のみを用いて構成しても良い。
また、前記実施形態では、第3遮光部材8に設けたスリット8aは、照射光LBが直接的に遮光部材8に当たり散乱光LSを生じることがないように余裕をもって形成されているが、照射光LBが第3遮光部材8に直接的に当たり散乱光LSを生じるように構成しても良い。
さらに、第2ケーシング部6Bの先端部内面は、先端に行くにつれて徐々にその断面積が小さくなるテーパ面にしているが、テーパ面でなくても良い。テーパ面にしないことにより、ゼロ点シフト構造として機能させることもできる。
加えて、前記実施形態では、ケーシング6が一重管構造であったが、その他、内壁及び外壁からなる二重管構造にして、オイルミスト導入室66が、内壁貫通孔、隙間及び外壁貫通孔を経由して、非直線的な経路で外部のクランクケースC内と繋がるようにしても良い。これならば、オイル飛沫(油滴)のオイルミスト導入室66内への侵入を防止することができる。しかも、オイルミストの内部への導入、拡散は全く阻害されないため、オイル飛沫の影響を排除してオイルミストを正常に検出することができる。また、単に外壁と内壁とを設ければよいため、構造が簡単でコンパクト化も可能となる。
ケーシング6の形状や素材等も前記実施形態に限定されるものではない。
また、前記実施形態では、汚れ異常値は、製造者又はオペレータが設定して入力するようにしているが、別のコンピュータから送信するようにしても良いし、制御装置が汚れ異常値設定部を備えるものであっても良い。この汚れ異常値設定部は、受光手段3からのゼロ点検出信号を受け付け、そのゼロ点検出信号が示すゼロ点の低下量の最下限を設定するものである。
また、このとき、汚れ異常値設定工程において、以下のように汚れ異常値を設定することができる。オイルミストが存在しない状態において、発光手段2が照射光LBを射出する。そうすると、ゼロ点シフト構造により、受光手段3が一定量の背景散乱光BLSを受光する。検出信号受付部121は、そのときの検出信号をゼロ点検出信号として、汚れ異常値設定部に出力する。そして、汚れ異常値設定部は、汚れ異常値を、取得したゼロ点検出信号が示すゼロ点のシフト量の例えば50〜80%となるように設定して、その汚れ異常値信号を汚れ異常値格納部D1に格納する。
その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
本発明の一実施形態に係るオイルミスト検出装置の全体を示す全体斜視図。 同実施形態におけるオイルミスト検出装置の利用状態を示す利用状態説明図。 同実施形態におけるオイルミスト検出装置端部の内部構造を示す模式的水平方向断面図。 同実施形態における制御装置の機器構成図。 同実施形態における制御装置に機能構成図。
1 ・・・オイルミスト検出装置
W ・・・透光窓
S ・・・検出領域
LS・・・散乱光
LB・・・光(照射光)
2 ・・・発光手段

Claims (2)

  1. 内燃機関のクランクケース内に配置されるオイルミスト導入室を有したケーシングと、このオイルミスト導入室に設けた透光窓の外側に臨むように配置した発光手段及び受光手段とを備え、前記発光手段から前記透光窓を介してオイルミスト導入室内の所定検出領域に光を照射するとともに、その検出領域に存在するオイルミストに前記光が当たって生じる散乱光を、前記透光窓を介して前記受光手段が受光することによりオイルミストを検出するものであって、
    前記オイルミスト導入室内にオイルミストが存在しない状態において、前記ケーシングからの背景散乱光を前記受光手段に意図的に一定量入射させて、当該受光手段による検出信号のゼロ点を意図的に上げるゼロ点シフト構造と、
    前記受光手段からの前記検出信号を受け付けて所定の演算処理を行う制御装置と備え、
    前記ケーシングが、先端面が封止された概略円筒形状をなすものであり、先端側に前記オイルミスト導入室及び基端側に前記発光手段及び前記受光手段を収容するセンサ収容室を有しており、前記オイルミスト導入室及び前記センサ収容室が前記投光窓により仕切られており、
    前記ゼロ点シフト構造は、前記透光窓から前記検出領域へ向かう照射光の光軸延長線と、前記検出領域から透光窓に向かう散乱光の光軸延長線とを区切るようにして設けられた遮光部材の長さが調節されることにより構成されるものであり、
    前記制御装置が、背景散乱光のみを検出した前記検出信号であるゼロ点信号を受信して、そのゼロ点が所定値低下した値である汚れ異常値と前記受光手段からの前記検出信号が示す検出信号値とを比較して、前記検出信号値が前記汚れ異常値よりも小さい場合には、透光窓が汚れていると判断する汚れ異常判断部と、を備えているオイルミスト検出装置。
  2. 前記汚れ異常判断部からの判断信号を受信して、前記透光窓の汚れを報知する報知手段を備えている請求項記載のオイルミスト検出装置。
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