JP5736790B2 - 内燃機関のオイルレベル異常の判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、機関作動中のオイルパン内の潤滑オイルの油面高さを検出し、潤滑オイルの供給状態に異常があるか否かを判定する内燃機関のオイルレベル異常の判定装置に関する。

従来、内燃機関のオイルパン内に貯留された潤滑オイルの油面高さ（オイルレベル）の異常を判定する装置として、特許文献１に記載のものが知られている。同文献に記載の判定装置では、機関停止中は、オイルパン内のオイルレベルが下限レベルまで低下した状態が基準時間に達したときに、オイルレベルの低下異常と判定している。また機関作動中は、オイルパン内のオイルレベルが下限レベルまで低下したことが検出された回数が基準回数に達したときにオイルレベルの低下異常と判定している。そしてこれにより、油面が変動しない機関停止中、油面が上下動する機関作動中のいずれにおいても、オイルレベルの低下異常を的確に判定できるようにしている。

特開２００７−３３４３５号公報

ところで、排気中の微粒子物質（ＰＭ）を集塵するディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）を備えるディーゼル機関では、ポスト噴射によるＤＰＦの再生制御を行うことがある。このようなディーゼル機関では、ポスト噴射により供給された燃料が燃焼されずにオイルに混入して潤滑オイルが希釈されることがある。そしてこうした燃料によるオイル希釈が進行すると、オイルの潤滑性能が低下してしまうため、その発生を検出することが必要となる。オイル希釈の発生は、オイルレベルの上昇により確認することができる。

ここで、オイル希釈によるオイルレベルの上昇異常を、機関作動時に、上記従来の判定装置に準じた態様で行うとすれば、オイルレベルが上限レベルを超えて上昇したことが検出された回数が基準回数に達したときにオイルレベルの上昇異常と判定することになる。しかしながら、内燃機関を搭載する車両が加減速を繰り返した場合などには、潤滑オイルの油面が激しく波打つことがあり、こうした場合には、異常がなくても、オイルレベルの検出値が上限レベルをしばしば超えてしまうことがある。そしてその結果、正常であっても、異常有りとの誤判定がなされてしまうことがある。このように、上記従来の判定態様を応用してオイルレベルの上昇異常を判定する場合にも、油面変動により、誤判定がなされる蓋然性は未だ払拭しきれないのが実情となっている。

なお、こうした問題は、オイルレベルの低下異常の判定を行う場合にも、同様に生じるものとなっている。またオイルレベルの上昇／低下異常は、ポスト噴射によるＤＰＦの再生制御を行うディーゼル機関以外の内燃機関でも発生するものであり、そうした内燃機関でも上記問題は、同様に発生し得るものとなっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、油面変動に拘わらず、オイルレベル異常の判定を的確に行うことのできる内燃機関のオイルレベル異常の判定装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、機関作動中のオイルパン内の潤滑オイルの油面高さを検出し、前記潤滑オイルの油面高さに異常があるか否かを判定する内燃機関のオイルレベル異常の判定装置としての請求項１に記載の発明では、イグニッションスイッチがオンとされてからオフとされるまでの１トリップの開始から終了までの期間にあって規定の計時条件が成立している期間における油面高さが正常範囲内にあることが検出された時間の総和である正常時間と同油面高さが異常範囲にあることが検出された時間の総和である異常時間とをそれぞれ計時し、それら正常時間と異常時間との比較に基づいて異常／正常の仮判定が行われる。そして、仮異常判定がなされた回数と仮正常判定がなされた回数との比較に基づいて異常の有無の本判定が行われる。

上記構成では、１トリップ中の正常時間と異常時間との比較により正常、異常の仮判定を行い、更に仮異常判定がなされた回数と仮正常判定がなされた回数との比較に基づいて異常の有無の本判定を行う。そのため、一時的な油面変動は、判定結果にほとんど影響を与えないようになる。したがって、上記構成によれば、車両や内燃機関の加減速や路面状態などの外的要因による油面変動に拘わらず、オイルレベル異常の判定を的確に行うことができるようになる。

なお、異常の有無の本判定は、請求項２によるように、仮異常判定がなされた回数が、仮正常判定がなされた回数よりも規定の異常判定値以上大となったときに異常有りと判定を確定するように行うことができる。

また異常／正常の仮判定は、請求項３によるように、正常時間が規定のカウント判定値に到達するよりも早く異常時間が規定のカウント判定値に到達した回数と、異常時間が規定のカウント判定値に到達するよりも早く正常時間が規定のカウント判定値に到達した回数との比較に基づいて行うことができる。

なお、機関回転速度によっては、オイルポンプの汲み上げ量が変化し、汲み上げ量が大きくなるほど、オイルレベルは低下する。そのため、仮判定のための正常時間、異常時間の計時を行うときの機関回転速度は、一定であることが望ましい。また潤滑オイルの温度によっては、その体積が変化して、オイルレベルが変化するため、仮判定のための正常時間、異常時間の計時を行うときのオイル温度は一定であることが望ましい。更に、坂路走行中は、オイルパン内で油面が傾き、検出されるオイルレベルが変化するため、仮判定のための正常時間、異常時間の計時は、内燃機関を搭載する車両の坂路走行中を避けて行うことが望ましい。したがって、請求項４によるように、機関回転速度が規定の範囲内となっていること、機関冷却水温が規定の範囲内にあること、及び当該内燃機関を搭載する車両が坂路を走行中でないことの少なくとも一つの成立を条件に、正常時間、異常時間の計時を行えば、より的確な判定が可能となる。

また機関回転速度の変動が生じると、油面変動が生じるため、上記正常時間、異常時間の計時は、そうした油面変動が十分に静まった後に行うことが望ましい。また、機関回転速度の変動から油面変動が静まるまでの時間は、そのときの機関回転速度の変動が大きいほど長くなる。そのため、請求項５によるように、機関回転速度の変動が生じてから、その変動の大きさに応じて設定されるディレイ時間が経過した後に、正常時間、異常時間の計時を行うようにすれば、油面の揺れが少ない状態で正常時間、異常時間の計時を行うことが可能となり、より的確な判定を行うことができるようになる。

本発明の一実施の形態の全体構造を模式的に示す略図。 同実施の形態の制御態様の一例を示すタイムチャート。 同実施の形態に適用される異常判定ルーチンの処理手順を示すフローチャート。

以下、本発明の内燃機関のオイルレベル異常の判定装置を具体化した一実施の形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態の判定装置は、ポスト噴射によるＤＰＦの再生制御を行うディーゼル機関に適用されるものとなっている。

まず、本実施の形態の構成を、図１を参照して説明する。同図に示すように、本実施の形態の適用されるディーゼル機関の潤滑系には、機関下部に設置されて潤滑オイルの貯留されるオイルパン１から潤滑オイルを汲み上げるオイルポンプ２が設けられている。オイルポンプ２から吐出された潤滑オイルは、機関各部の潤滑部３を通ってオイルパン１に還流されるようになっている。

またオイルパン１には、その内部に貯留された潤滑オイルの油面高さ（オイルレベル）を検出するレベルゲージ４が設置されている。レベルゲージ４は、機関制御を司る電子制御ユニット５に接続されている。

電子制御ユニット５は、機関制御に係る演算処理を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、機関制御用のプログラムやデータが記憶された読込専用メモリー（ＲＯＭ）を備えている。また電子制御ユニット５は、ＣＰＵの演算結果や各センサーの検出結果等を一時的に記憶するランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）、外部との信号の授受のためのインターフェイスとして機能する入出力ポート（Ｉ／Ｏ）を備えている。

こうした電子制御ユニット５の入力ポートには、上記レベルゲージ４に加え、機関回転速度ＮＥを検出する回転速度センサー６、機関冷却水温Ｔｗを検出する水温センサー７、車速Ｖｅｈを検出する車速センサー８、イグニッションスイッチ９などが接続されている。また電子制御ユニット５の出力ポートには、オイル希釈によるオイルレベルの上昇異常を、その点滅を通じて通知するためのＯＭＭＳランプ１０が接続されている。

電子制御ユニット５は、機関作動中に、機関制御の一環として、オイル希釈によるオイルレベルの上昇異常の有無の判定を行っている。以下、本実施の形態におけるオイルレベル異常判定の詳細を説明する。

本実施の形態では、電子制御ユニット５は、機関作動中に、レベルゲージ４によりオイルレベルが正常範囲内にあることが検出されている時間（正常時間）、及びレベルゲージ４によりオイルレベルが異常範囲内にあることが検出されている時間（異常時間）の計時を行っている。そして電子制御ユニット５は、イグニッションスイッチ９がオンとされてからオフとされるまでの１トリップ中における正常時間、異常時間の比較に基づいて異常／正常の仮判定を行っている。本実施の形態では、この仮判定を、正常時間がカウント判定値に到達するよりも早く異常時間がカウント判定値に到達した回数と、異常時間がカウント判定値に到達するよりも早く正常時間がカウント判定値に到達した回数との比較に基づいて行うようにしている。

これらの回数は、回数カウンターにより記憶される。回数カウンターは、「−５」から「＋５」までの整数値を取るように設定されている。そして、正常時間よりも早く異常時間がカウント判定値に到達したときにその値に「１」が加算され、異常時間よりも早く正常時間がカウント判定値に到達したときにその値から「１」が減算されるように操作される。そしてトリップの終了時、すなわちイグニッションスイッチ９のオフ時に、回数カウンターが正の値であれば、仮異常判定がなされ、負の値であれば仮正常判定がなされるようになっている。

そして本実施の形態では、仮異常判定がなされた回数と仮正常判定がなされた回数との比較に基づいて異常の有無の本判定を行っている。それらの回数は、トリップカウンターにより記憶される。トリップカウンターは、「０」から「＋２」までの整数値を取るように設定されている。そして、トリップカウンターは、仮異常判定がなされたときにその値に「１」が加算され、仮正常判定がなされたときにその値から「１」が減算されるように操作される。そして本実施の形態では、仮異常判定がなされた回数が、仮正常判定がなされた回数よりも規定の異常判定値以上大となったときに、すなわちトリップカウンターの値が異常判定値以上となったときに、異常有りと判定を確定するようにしている。ちなみに本実施の形態では、異常判定値の値は、「＋２」に設定されている。なお、トリップカウンターの値は、イグニッションスイッチがオフとされている間も記憶保持され、その値は、次回とトリップに引き継がれる。

なお、上述した正常時間、異常時間の計時は、規定の計時条件が成立している期間にのみ行われる。ここでは、機関回転速度ＮＥが規定の範囲内となっていること、機関冷却水温Ｔｗが規定の範囲内にあること、及び坂路を走行中でないこと、の全ての成立を、計時条件の成立条件としている。なお、本実施の形態では、電子制御ユニット５は、坂路走行中であるか否かの判定を、車速Ｖｅｈと機関負荷との対比に基づいて行うようにしている。こうした判定の実施には、車速Ｖｅｈが一定以上である必要がある。そのため、ここでは、車速Ｖｅｈが、坂路判定が可能な最低車速以上となっていることも、上記計時条件に含めている。

一方、機関回転速度が変動すると、それに伴いオイルパン１内で油面変動が生じる。上記正常時間、異常時間の計時は、油面変動が静まった状態で行うことが望ましい。また、機関回転速度の変動から油面変動が静まるまでの時間は、そのときの機関回転速度の変動が大きいほど長くなる。そこで本実施の形態では、電子制御ユニット５は、機関回転速度の変動が生じてから、その変動の大きさに応じて設定されるディレイ時間が経過した後に、正常時間、異常時間の計時を行うようにしている。なお、ディレイ時間は、機関回転速度の変動が大きいほど、長い時間に設定される。なお、機関回転速度の加速時と減速時とでは、機関回転速度変動量が同じでも、油面変動の発生状況に違いがあるため、ここでは、機関回転速度の加速時と減速時とでは、別の態様でディレイ時間を求めるようにしている。

次に、図２を参照して、こうした本実施の形態の制御態様を説明する。同図には、３回のトリップにおけるオイルレベル、計時条件、異常時間、正常時間、回数カウンター及びトリップカウンターの推移が示されている。

同図に示すように、計時条件の成立中に、オイルレベルが正常範囲にあれば、正常時間は一定比率で増加される。また、計時条件の成立中に、オイルレベルが異常範囲にあれば、異常時間が一定比率で増加される。そして、時刻Ｔ１，Ｔ８において、正常時間がカウント判定値に到達すると、正常時間、異常時間の値がそれぞれ「０」にクリアされるとともに、回数カウンターの値から「１」が減算される。また時刻Ｔ２，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ６において、異常時間がカウント判定値に到達すると、正常時間、異常時間の値がそれぞれ「０」にクリアされるとともに、回数カウンターの値に「１」が加算される。

時刻Ｔ４，Ｔ７，Ｔ９におけるトリップの終了時には、その時点の回数カウンターの値に基づいて、正常／異常の仮判定が行われる。そしてその結果に応じて、トリップカウンターの値が操作される。

例えば最初のトリップの終了時（時刻Ｔ４）には、回数カウンターが正の値（「＋１」）であるため、仮異常判定がなされ、トリップカウンターの値に「１」が加算される。
また２回目のトリップの終了時（時刻Ｔ７）にも、回数カウンターが正の値（「＋２」）であるため、仮異常判定がなされ、トリップカウンターの値に「１」が加算される。これにより、トリップカウンターの値は、異常判定値（「＋２」）に到達するため、異常有りとの本判定がなされ、次のトリップでは、ＯＭＭＳランプ１０が点滅される。

更に、３回目のトリップの終了時（時刻Ｔ９）には、回数カウンターが負の値（「−１」）であるため、仮正常判定がなされ、トリップカウンターの値から「１」が減算される。これにより、トリップカウンターの値は、異常判定値（「＋２」）に満たなくなるため、次のトリップでは、ＯＭＭＳランプ１０が消灯される。

次に、図３を参照して、本実施の形態に適用されるオイルレベル異常判定ルーチンの詳細を説明する。本ルーチンは、機関作動中、電子制御ユニット５により、一定の周期で繰り返し実行されるものとなっている。

さて本ルーチンが開始されると、まずステップＳ１００において、計時条件が成立しているか否かが判定される。ここで、計時条件が成立していなければ（Ｓ１００：ＮＯ）、処理はステップＳ１１１に移行される。また計時条件が成立していれば（Ｓ１００：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１０１に移行される。

処理がステップＳ１０１に移ると、そのステップＳ１０１において、機関回転速度の変動の有無が確認される。ここで機関回転速度の変動が有れば（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、ステップＳ１０２において、その変動の大きさに基づいてディレイ時間が算出された後、ステップＳ１０３に処理が移行される。一方、機関回転速度の変動が無ければ（Ｓ１０１：ＮＯ）、そのままステップＳ１０３に処理が移行される。

ステップＳ１０３に処理が移行されると、そのステップＳ１０３において、機関回転速度の変動後、ステップＳ１０２で算出されたディレイ時間が経過しているか否かが判定される。ここで、ディレイ時間が経過していなければ（Ｓ１０３：ＮＯ）、ステップＳ１１１に処理が移行され、経過していれば（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、ステップＳ１０４に処理が移行される。

ステップＳ１０４では、レベルゲージ４によるオイルレベルの検出値が正常範囲内にあるか否かが判定される。ここでオイルレベルの検出値が正常範囲内にあれば（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、ステップＳ１０５にて、正常時間の積算がなされ、続くステップＳ１０６において、正常時間がカウント判定値以上であるか否かが判定される。ここで正常時間がカウント判定値未満であれば（Ｓ１０６：ＮＯ）、そのままステップＳ１１２に処理が移行され、カウント判定値以上であれば（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、ステップＳ１０７に処理が移行される。ステップＳ１０７に処理が移行されると、そのステップＳ１０７において、回数カウンターの値に「１」が加算され、続くステップＳ１０８において、正常時間、異常時間がそれぞれ「０」にリセットされた後、ステップＳ１１２に処理が移行される。

一方、オイルレベルの検出値が異常範囲内にあれば（Ｓ１０４：ＮＯ）、ステップＳ１０９にて、異常時間の積算がなされ、続くステップＳ１１０において、異常時間がカウント判定値以上であるか否かが判定される。ここで異常時間がカウント判定値未満であれば（Ｓ１０９：ＮＯ）、そのままステップＳ１１２に処理が移行され、カウント判定値以上であれば（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、ステップＳ１１１に処理が移行される。ステップＳ１１１に処理が移行されると、そのステップＳ１１１において、回数カウンターの値から「１」が減算され、続くステップＳ１０８において、正常時間、異常時間をそれぞれ「０」がリセットされた後、ステップＳ１１２に処理が移行される。

処理がステップＳ１１２に移行されると、イグニッションスイッチ９がオフとされたか 否かが判定される。ここでイグニッションスイッチ９がオフとされていなければ（Ｓ１１２：ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、イグニッションスイッチ９がオフとされたのであれば（Ｓ１１２：ＹＥＳ）、ステップＳ１１３〜Ｓ１１５において、その時点の回数カウンターの値に応じたトリップカウンターの値の操作が行われる。すなわち、トリップカウンターの値は、回数カウンターの値が正であれば、ステップＳ１１４において「１」が加算され、負であれば、ステップＳ１１５において「１」が減算される。また回数カウンターの値が「０」であれば、トリップカウンターの値は現状値に保持される。そしてステップＳ１１６において、トリップカウンターの値が異常判定値以上であるか否かが判定され、以上であれば（Ｓ１１６：ＹＥＳ）、ステップＳ１１７において、次回のトリップでのＯＭＭＳランプ１０の点滅が指示される。

以上の本実施の形態の内燃機関のオイルレベル異常の判定装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では、各トリップの終了時に、オイルレベルが正常範囲内にあることが検出された正常時間と異常範囲にあることが検出された異常時間との比較に基づいて、異常／正常の仮判定を行っている。そして、仮異常判定がなされた回数と仮正常判定がなされた回数との比較に基づいて異常の有無の本判定を行っている。こうした本実施の形態では、１トリップ中の正常時間と異常時間との比較により正常、異常の仮判定を行い、更に仮異常判定がなされた回数と仮正常判定がなされた回数との比較に基づいて異常の有無の本判定を行う。そのため、一時的な油面変動は、判定結果にほとんど影響を与えないようになる。したがって、本実施の形態によれば、車両や内燃機関の加減速や路面状態などの外的要因による油面変動に拘わらず、オイルレベル異常の判定を的確に行うことができるようになる。

（２）本実施の形態では、正常時間、異常時間の計時を、機関回転速度が規定の範囲内となっていること、機関冷却水温が規定の範囲内にあること、及び当該内燃機関を搭載する車両が坂路を走行中でないことの全ての成立を条件に行っている。そのため、より的確な判定が可能となる。

（３）本実施の形態では、機関回転速度の変動が生じてから、その変動の大きさに応じて設定されるディレイ時間が経過した後に、正常時間、異常時間の計時を行うようにしている。そのため、油面の揺れが少ない状態で正常時間、異常時間の計時を行うことが可能となり、より的確な判定を行うことができるようになる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、異常判定値を「＋２」に設定していたが、その値は、適切な判定が可能な範囲で適宜に変更しても良い。

・上記実施の形態では、機関回転速度の変動が生じてから、その変動の大きさに応じて設定されるディレイ時間が経過した後に正常時間、異常時間の計時を行うようにしていたが、十分な精度でオイルレベル異常の判定を行うことができるのであれば、ディレイ時間の設定を割愛するようにしても良い。

・上記実施の形態では、機関回転速度が規定の範囲内となっていること、機関冷却水温が規定の範囲内にあること、及び当該内燃機関を搭載する車両が坂路を走行中でないことの全ての成立を条件に、正常時間、異常時間の計時を行うようにしていた。十分な精度でのオイルレベルの検出が可能であれば、計時条件からそれら条件の一つ以上を割愛しても良い。また十分な精度でのオイルレベルの検出に必要であれば、別の条件を計時条件に付加しても良い。

・上記実施の形態では、正常時間がカウント判定値に到達するよりも早く異常時間がカウント判定値に到達した回数と、異常時間がカウント判定値に到達するよりも早く正常時間がカウント判定値に到達した回数との比較に基づいて異常／正常の仮判定を行うようにしていた。もっとも、そうした仮判定は、各トリップの正常時間、異常時間の比較に基づく限りにおいて、それ以外の態様で行うことも可能である。例えば、各トリップの正常時間の総和と異常時間の総和との比率に基づいて異常／正常の仮判定を行うことも可能である。

・上記実施の形態では、仮異常判定がなされた回数が、仮正常判定がなされた回数よりも規定の異常判定値以上大となったときに異常有りと判定を確定するようにしていたが、仮異常判定の回数と仮正常判定の回数との比較に基づく限りにおいて、それ以外の態様で異常有りと判定の確定を、すなわち異常、正常の本判定を行うようにしても良い。例えば仮異常判定の回数と仮正常判定の回数との比率に基づいて異常／正常の本判定を行うことも可能である。

・上記実施の形態では、オイル希釈によるオイルレベルの上昇異常の判定を行う場合を説明したが、本発明の判定装置は、潤滑オイルの消費などによるオイルレベルの低下異常の判定を行う場合にも同様に適用することができる。

・上記実施の形態では、ポスト噴射によるＤＰＦの再生制御を行うディーゼル機関に適用した場合を説明したが、本発明の判定装置は、それ以外の内燃機関にも同様に適用することができる。

１…オイルパン、２…オイルポンプ、３…潤滑部、４…レベルゲージ、５…電子制御ユニット、６…回転速度センサー、７…水温センサー、８…車速センサー、９…イグニッションスイッチ、１０…ＯＭＭＳランプ。

Claims (5)

1. 機関作動中のオイルパン内の潤滑オイルの油面高さを検出し、前記潤滑オイルの油面高さに異常があるか否かを判定する内燃機関のオイルレベル異常の判定装置において、
   イグニッションスイッチがオンとされてからオフとされるまでの１トリップの開始から終了までの期間にあって規定の計時条件が成立している期間における前記油面高さが正常範囲内にあることが検出された時間の総和である正常時間と同油面高さが異常範囲にあることが検出された時間の総和である異常時間とをそれぞれ計時し、それら正常時間と異常時間との比較に基づいて異常／正常の仮判定を行うとともに、
   仮異常判定がなされた回数と仮正常判定がなされた回数との比較に基づいて異常の有無の本判定を行う
   ことを特徴とする内燃機関のオイルレベル異常の判定装置。
2. 前記異常の有無の本判定は、仮異常判定がなされた回数が、仮正常判定がなされた回数よりも規定の異常判定値以上大となったときに異常有りと判定を確定するように行われる
   請求項１に記載の内燃機関のオイルレベル異常の判定装置。
3. 前記異常／正常の仮判定は、前記正常時間が規定のカウント判定値に到達するよりも早く前記異常時間が規定のカウント判定値に到達した回数と、前記異常時間が前記規定のカウント判定値に到達するよりも早く前記正常時間が前記規定のカウント判定値に到達した回数との比較に基づいて行われる
   請求項１又は２に記載の内燃機関のオイルレベル異常の判定装置。
4. 前記正常時間、異常時間の計時は、機関回転速度が規定の範囲内となっていること、機関冷却水温が規定の範囲内にあること、及び当該内燃機関を搭載する車両が坂路を走行中でないことの少なくとも一つの成立を条件に行われる
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関のオイルレベル異常の判定装置。
5. 前記正常時間、異常時間の計時は、機関回転速度の変動が生じてから、その変動の大きさに応じて設定されるディレイ時間が経過した後に行われる
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関のオイルレベル異常の判定装置。

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