JPS62238444A - 油汚濁度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は潤滑油汚濁度検出装置に関する。本発明による
装置は、例えば、車載用測定装置として、内燃機関、特
にディーゼル機関の潤滑油中に含まれるカーボン粒子濃
度を測定する場合等に用いられる。

〔従来の技拓〕

内燃機関、特にディーゼル機関においては、潤滑油中に
排気ガス中に含まれる未燃カーボン粒子が異なる数種類
の経路を経て多量に混入するため、ガソリン機関に比べ
て、比較的短時間に潤滑油の汚濁が進む傾向にある。こ
のカーボン粒子は機関各部の摺動部の摩耗を増大させる
ため、ディーゼル機関の潤滑油交換インターバルは、カ
ーボン粒子による汚濁のほとんど無いガソリン機関の交
換インターバルに比べて、一般に短くなっている。

一方、カーボン粒子による潤滑油の汚濁の程度は、機関
の運転条件により大きく異なってくる。高速道路走行、
山岳路走行、あるいはタクシ−等の急発進急加速の多い
運転条件では、一般走行に比べ早く汚濁が進む傾向にあ
る。しかしながら、潤滑油の交換インターバルは、一般
にこれら運転条件に関係なく、単に車輌の走行距離だけ
で決められていた。このため、ある車輌においては汚濁
が進んでいないにもかかわらずオイル交換を行ったり、
逆に交換すべき時期が過ぎたにもかかわらずオイル交換
を行わない等の場合が生じ、これにより潤滑油を無駄に
消費したり、オイル交換が遅れ摺動部の摩耗を著しく増
大させる場合があった。

そこで従来から、走行距離に対しである程度直線的な相
関を持ち、潤滑油の他の特性、例えば全塩基価あるはｐ
Ｈ値等とも相関がみられる油中のカーボン粒子等の汚濁
度を光学的に検出し、これによって、潤滑油の交換時期
を知らせる方法が知られている。この種の装置としては
、例えば特開昭５７−９８８４２号公報あるいは実開昭
５７−１８２１５２号公報に開示されたものがある。

これらは、油中に浸漬された受光素子と、受光素子の間
に介在する潤滑油の透明度の大小により、係かる潤滑油
の汚濁度を検知し、この信号を基に表示回路上の表示ラ
ンプ等を点燈し運転者に潤滑油の汚濁を知らせるもので
ある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来技術の潤滑油の汚濁度を計測する手段として、前述
の特開昭５７−９８８４２号及び実開昭５７−１８２１
５２号公報の他に、実開昭６０−５９１４２号及び実開
昭６０−１３１６１５号の公報に公開されたものがある
。

これらにおいては、発光および受光素子間に潤滑油を介
在させ、該潤滑油による光の吸収の大小により汚濁度を
測定する手段が開示されている。これらを例にとって従
来技術の構成及び作動を説明する。第１７図に示したも
のがその代表的な装置であり、１１は発光ダイオード等
の光源、１２はフォトダイオードもしくはフォトトラン
ジスタよりなる受光素子、２１及び２２はガラスもしく
は透明合成樹脂等より成るウィンドウである。２１及び
２２の相対する面の間（距離Ｄ）が光路ギャップ１３と
なる。５は樹脂もしくは一部金属より成るボデ一部で、
光源及び受光素子を規定の位置に保持すると共に、機関
のオイル留め、その他の個所に装着する役も担っている
。６は光源及び受光素子を図示しない信号処理及び表示
部と電気的に連通させるための端子部を示している。

しかし以上の様なこの種の装置を車輌に搭載し、長期間
連続的に作動させようとすると、発光素子１１、あるい
は受光素子１２のウィンドウ２１及び２２のガラス表面
に、油中のフェス分等から成る皮膜が付着し、該皮膜に
より発光素子より発せられた光が吸収されたり、発光素
子自体の発光強度特性が熱的影響により変化することな
どから、ｌη濁度の正確な計測が困難となるという欠点
を有する。加うるに、発光素子として一般的に使用され
ている発光ダイオード等は、発光強度の温度依存性が第
１８図に示すような傾向を示し、発光素子の発光強度が
素子温度が上昇するに従い低下するので、これもまた測
定誤差の要因となる。

〔問題点を解決するための手段〕

前記問題点を解決するための手段としては、発光部およ
び該発光部からの光を受光する受光部を有する検出部を
具備し、該発光部と該受光部の間に間隙を設けて、内燃
機関の潤滑油中に該検出部を浸漬した時、該間隙に潤滑
油が導入されるようにし、該発光部と該受光部の間に潤
滑油を介して２系統の光路を設け、該受光部は該２系統
の光路の各々に対応して２つの受光面を備え、該発光部
と該受光部間に存在する測定されるべき潤滑油の厚さが
、それぞれの光路によって異なるようにし、該受光部出
力を演算処理して潤滑油の汚れを検出するようにした油
汚濁度検出装置が提供される。

〔作　用〕

前記装置における検出部を、検出すべき内燃機関等の潤
滑油中に浸漬し、受光部に得られる出力を演算する、例
えば対数値に変換した後に差を求めることにより潤滑油
の汚濁度をウィンドウの汚れ、あるいは、発光素子の発
光強度変化等に影響されることなく求めることができる
。

〔実施例〕

本発明の第１の実施例としての油汚濁度検出装置の検出
部の断面図が第１図に、その部分詳細図が第２図に示さ
れる。

本装置は、２つの異なる油膜厚さＤａ及びＤｂ（油中で
の光の光路長）を通過した光の強度を測定し、演算する
ことにより汚濁度を求めることを特徴とし、本装置に依
れば、前記ガラス面に付着する皮膜による光吸収の影響
、及び発光素子の発光強度特性の変化の影響を全く受け
ないという利点を有する。

第１図において、■は発光素子、２はフォトダイオード
等から成る受光素子である。まず発光面１−ａからの光
は各々距離Ｄａ、Ｄｂなる油中光路牽経て２−ａ及び２
−ｂの各受光面に到達する。

この時各受光面に到達する光の強度をそれぞれＩａ、［
ｂとすると、Ｉａおよびｔｂはそれぞれ次式で表わされ
る。

Ｉ　ａ　＝　Ｉｓ　Ｃｚ　Ｂｍ　ｅ−Ｋｃｉ”　＝　　
（１）１ｂ＝ＩｐＣｂＢｂ　ｅ−ＫｃＩｆｌｂ・・・・
・・　（２）ただしｌｅ：発光素子発光強度（新油（汚
濁度α＝０）の時で、かつガラス上に皮膜が付着せず、
発光素子の発光強度特性が変化する以前の発光強度）、
Ｃａ及びＣｂニガラス表面の汚れた皮膜によるそれぞれ
の光の吸収係数、Ｂａ及びＢｂ：発光素子自体の発光強
度の変化係数（光源が単一の場合、Ｂａ＝Ｂｂ）　、Ｋ
二定数、α：油の汚濁度（油中カーボン濃度）。

ここでガラス表面の汚れに依る光の吸収係数Ｃａ、Ｃｂ
はガラス表面が同じ条件下に置かれることから、はぼ等
しいと考えられ、Ｂａ及びＢｂも同じ１個の素子から発
せられる光であるから、Ｂａ＝Ｂｂとなる。ゆえに、（
１）、（２）式より油の汚濁度α（％）を求めると、Ｃ
ａ、　Ｃｂ＋　ＢａｔＢｈは消去され汚濁度αは次式に
より求められる。

よって（３）式より明らかな如く、本装置によれば、ガ
ラス表面の汚れ、発光素子の光強度特性の変化に影響さ
れることなく、油の汚濁度を計測することが可能である
。従って、従来のように発光素子の光強度特性の温度依
存性に対する影響はなくなることになる。又第１図中の
３．４が主にガラス等の透明体から成る発光素子ｌ及び
受光素子２のウィンドウである。

本実施例では受光素子２のウィンドウが図の如く段違い
の２平面から構成され、これにより各々の光路長の差（
Ｄａ−Ｄｂ）を設定するようにしである。このことは、
たとえば、発光素子ｌか受光素子２、又は両方の素子が
検出部に加わる機械的振動又は温度ザイクル等により移
動し、組み付は時の設定光路長が変化しそれぞれＤａ’
及びＤｂ’になったとしても、受光素子２のウィンドウ
が段違いの一体形状をしていることから（Ｄａ’−Ｄｂ
’）は常に一定となる。このことは（３）式中の（Ｄａ
−Ｄｂ）が変化しないことになり、結果的に測定精度が
変わらないという利点がある。

’ｌ−ａ、２−ｂの両方の受光面は、受光素子２の１つ
のケース内に収容された構成となっている。

５は樹脂あるいは一部金属から成るボデ一部で、６は電
気回路部と電気的連通のための端子部を示している。第
２図は受光素子２の詳細を示す矢印■の方向から見た正
面図である。

第３図及び第４図に、第２の実施例を示す。本実施例で
は発光素子側のウィンドウ３を段付形状としたもので、
その他の構成は第１の実施例と同一であるので省略する
。第４図は矢印■の方向から見た受光素子２の正面図で
ある。

第５図及び第６図に示したのが本発明の第３の実施例で
ある。この実施例では受光素子２のウィンドウ４の油と
接触する側を、中心を円柱状に盛り上がらせた凸形状と
したもので、これにより油中の光路長の長い側の受光面
２−ａの受光面積を大きく確保することが可能となり、
オイル等に吸収されて弱くなった光を確実に感知すると
こができる。これに対応する発光側のウィンドウ３は平
面形状となっている。又この実施例の変形として図示し
てはいないが発光側のウィンドウ３を中心が盛り上がっ
た凸形状とし、受光側ウィンドウは平面形状で、受光面
形状は第６図の如くにしても同様の効果が得られる。第
６図は第５図の矢印■の方向から見た受光素子２の正面
図である。

第７図、第８図及び第９図、第１０図にそれぞれ示した
第４及び第５の実施例は発光素子１のウィンドウ３の形
状を、発光面１−ａ側に丸く突きでた凸球面とし、第７
図ではその反対側の油に接触する部分に油中の光路長（
Ｄａ及びＤｂ）を決定する段付形状を設け、受光側のウ
ィンドウ４は平面形状としである。第９図の実施例では
ウィンドウ３の発光面側の凸球面は第７図の実施例と同
一で、反対側の油に接触する部分は平面形状とし、受光
側のウィンドウ４に油中の光路長を決定する段付形状を
設けたものである。このように凸球面とすることにより
、発光面１−ａから出た光は凸球面のレンズ効果により
平行な光となるので、発光素子１−ａからの光を有効に
受光部に導くことが可能となる。これに伴ない受光面２
−ａ及び２−ｂの間隔も平行な光でない場合よりも太き
（近づけることができるため、結果的に受光面積を大き
くでき、大きな信号が得られるという利点がある。その
他の参照番号を付したものは第１図と同一であるので省
略する。

第８図及び第１０図は、それぞれ第７図の矢印■方向及
び第９図の矢印Ｘ方向から見た受光素子の正面図である
。

以上の第１から第５までの実施例は単一の発光素子を用
いた（ｌ光源方式）場合であるが、これらに対して第１
１図、第１２図、及び第１３図。

第１４図に発光ダイオード等を用いた２光源方式を、そ
れぞれ第６、及び第７の実施例として示す。

２光源式の場合、発光素子１及び１′の熱的影響等によ
る発光特性の変化がそれぞれほぼ等しいと仮定するなら
ば、１光源式と同様汚れによる吸収係数はほぼ等しいと
考えられるので、１光源式と同様の測定式（３）が適用
できることになる。この方式では、発光素子１及び１′
が各光路毎に単一に存在するため、油中の光路長（Ｄａ
及びＤｂ）の設定が自由にできる（第１３図では受光素
子も各光路毎に独立しているので更に自由になる。）と
同時に、第１１図、第１３図共に、発光素子１と１′お
よび受光素子２−ａと２−ｂ（第１３図の場合２′−ａ
と２−ｂ）の相互間隔を適当に設定することにより、外
乱光の侵入のないＳ／Ｎ比の高い信号を得ることができ
る。又ｌ光源式の第７図と同様に、２光源式の場合でも
発光素子側のウィンドウ３及び３′の発光面１−ｂ、　
　１’−ａ側の形状を凸球面とすると、レンズ効果によ
り光が平行となり、発光素子１と１′の間隔と、第１１
図の如く、受光素子の２個の受光面が１個の容器の中に
一体化されているものについてはそれぞれの受光面の間
隔を、ウィンドウを凸球面としないものに比べて小さく
でき、又第１３図の如く、２個の単一の受光素子から構
成されているものについては、それぞれの受光素子の間
隔についても同様に小さくできる。このことはこれら発
光及び受光素子を収容するポデ一部を小さくすることが
できることにより、検出部全体を小型化することが可能
となる。この２光源方式のウィンドウを凸球面形状にし
たものについての図面は、基本的には第１１図及び第１
３図に準するので省略する。

第１２図及び第１４図は、それぞれ第１１図の矢印Ｘ■
力方向び第１３図の矢印ＸＩＶ方向から見た受光素子の
正面図である。

第１１図及び第１３図の中で、前述の部分で説明した箇
所以外の、第１図の第１の実施例と同一番号を付したも
のについては、第１図の説明文を参照のこと。

本発明による汚濁度検出装置に使用する測定及び表示回
路を第１５図に示す。図において１００は発光ダイオー
ド、１０１　と１０２はフォートダイオード等のそれぞ
れ短光路長Ｄｂ及び長兄路長Ｄａの受光素子である。発
光素子１００よりの光を受けて、受光素子１０１及び１
０２に達した光による光電流は、それぞれ１０３．１０
４の増幅器により電圧増幅され、１０５．１０６の対数
増幅器によって対数出力電圧に変換される。この時Ｒ８
及びＲ２は増幅器１０３及び１０４の感度調整用の可変
抵抗であり、新油を検出部に導入した時、短光路側と長
光路側の受光出力が同じくなるように調整する時に使用
する。対数出力電圧に変換されたそれぞれの出力は、差
動増幅器１０７により差動増幅された後、１０９−１か
ら１０９−５までのコンパレータ回路に入力され、Ｒ３
からＲ１までの抵抗によりそれぞれ設定された発光ダイ
オードアレイ１０８の各発光ダイオードの点燈させたい
汚濁度に対応した基準電圧と比較し、差動増幅器１０７
からの出力値が各基準電圧よりも小さくなると、トラン
ジスタＴ　ｒ　−１ないしＴｒ−５が順次オンになり、
発光ダイオードアレイ１０Ｂが点燈する。これにより、
その時点での油の汚濁度を表示できる。

これら検出部に組み込まれた１０１及び１０２のフォト
ダイオード等の受光素子には光感度特性にばらつきがあ
り、かつ、第１１図及び第１３図の様に２個の発光素子
を使用したものでは、発光素子自体の光出力特性にもば
らつきがあると考えられる。これらの素子間の特性のば
らつきを吸収するために、第１５図でＲ，、Ｒ，の可変
抵抗とした利得調整用抵抗を固定抵抗とし、その代わり
に、検出部の中にＲ１’とＲ２′の可変抵抗を、先の固
定抵抗とした増幅器利得調整用抵抗Ｒ，，Ｒ２と、それ
ぞれ直列に挿入する。これにより、検出部と回路部の間
に互換性を持たせることができ、実際の使用上便利なも
のとなる。この場合の回路図の一部を第１６図に示した
がその他の部分は第１５図と同一なので省略する。第１
５図及び第１６図中の回路図に記載のＲＩｌからＲ２３
は固定抵抗を示す。

〔発明の効果〕

本発明によれば、発光素子及び受光素子の表面の汚れ、
及び発光素子の経時的及び温度による光強度変化の影響
を受けることなく、正確な油汚濁度を検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例としての油汚濁度検出装
置の検出部の断面図、 第２図は第１図の装置の部分詳細図、 第３図は本発明の第２の実施例の油汚濁度検出装置の検
出部の断面図、 第４図は第３図の装置の部分詳細図、 第５図は本発明の第３の実施例の油汚濁度検出装置の検
出部の断面図、 第６図は第５図の装置の部分詳細図、 第７図は本発明の第４の実施例の油汚濁度検出装置の検
出部の断面図、 第８図は第７図の装置の部分詳細図、 第９図は本発明の第；〕の実施例の油汚濁度検出装置の
検出部の断面図、 第１０図は第９図の装置の部分詳細図、第１１図は本発
明の第６の実施例の油汚濁度検出装置の検出部の断面図
、 第１２図は第１１図の装置の部分詳細図、第１３図は本
発明の第７の実施例の油汚濁度検出装置の検出部の断面
図、 第１４図は第１３図の装置の部分詳細図、第１５図は本
発明の油汚濁度検出装置に用いられる測定及び表示回路
の実施例を示す回路図、第１６図は第１５図の回路の変
形例を示す部分回路図、 第１７図は従来型の油汚濁度検出装置に用いられる検出
部の断面図、及び 第１８図は発光素子としての発光ダイオードの発光強度
の温度依存性を示す特性図である。 図中、 １．１′・・・発光素子、 １−ａ、　　ｌ　’　−ａ、　　ｌ−ｂ・＝発光面。 ２．２′・・・受光素子、 ’ｌ−ａ、　　２−ｂ、２’　−ａ−受光面、３．３’
、４．４’・・・ウィンドウ、５・・・ボデ一部、 ６・・・端子部、 １００・・・発光ダイオード、 １０１．１０２・・・フォトダイオード、１０３、１０
４・・・増幅器、 １０５、１０６・・・対数増幅器、 １０７・・・差動増幅器、 １０８・・・発光ダイオードアレイ、 １０９−１．１０９−２．１０９−３．１０９−４．１
０９−５・・・コンパレータ回路、 Ｔｒ−１，Ｔｒ−２４ｒ−３ｔＴｒ−４，Ｔｒ−５・・
・トランジスタ。 ６一−一端子部 第２図 第３図 第４図 第５図 第７２ 第１０図 １′−ｍ−発光素子 １′−ａ−ｍ−発光面 ＋−ｂ−−−発光面 ３′−一一ウィ／ドウ ２′−受光素子 ２′−０・・受光面 ４′・ウィンドウ 第１６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発光部および該発光部からの光を受光する受光部を
   有し、該発光部と該受光部の間に間隙を設け、内燃機関
   の潤滑油中に浸漬した時、該間隙に潤滑油が導入される
   ようにした検出部を具備し、該受光部からの出力によっ
   て潤滑油の汚れを検出する油汚濁度検出装置において、 該発光部と該受光部の間に潤滑油を介して２系統の光路
   を設け、該受光部は該２系統の光路の各々に対応して２
   つの受光面を備え、該発光部と該受光部間に存在する測
   定されるべき潤滑油の厚さが、それぞれの光路によって
   異なることを特徴とする油汚濁度検出装置。 ２、該２つの受光面から得られた出力値を対数値に変換
   する対数変換手段、及び両対数変換値の差を求める演算
   手段を具備する特許請求の範囲第１項に記載の油汚濁度
   検出装置。 ３、該２系統の受光部に光を供給する該発光部は単一の
   発光面を有する１個の発光素子から成ることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の油汚濁度検出装置。 ４、該受光部を構成する受光素子は１つの収納容器に収
   納された２つの受光面を具備することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の油汚濁度検出装置。 ５、該発光部における発光素子のウィンドウを構成する
   透明体の潤滑油と接触する側の面を、潤滑油中の光路長
   を相異させるように、段違いを有する２つの平面から形
   成することを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の
   油汚濁度検出装置。 ６、該受光部における２つの受光面は該受光素子のウィ
   ンドウを構成する透明体の潤滑油と接触する側の面を、
   潤滑油中の光路長を相異させるように、段違いを有する
   ２つの平面から形成することを特徴とする特許請求の範
   囲第４項に記載の油汚濁度検出装置。 ７、該発光部は２個の単独の発光素子から成ることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の油汚濁度検出装
   置。 ８、該受光部は２個の単独の受光素子から成ることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の油汚濁度検出装
   置。 ９、該発光素子の潤滑油と接触する側のウィンドウ形状
   は中心部が円柱状に盛り上がった凸形状であることを特
   徴とする特許請求の範囲第３項に記載の油汚濁度検出装
   置。 １０、該受光素子の潤滑油と接触する側のウィンドウ形
   状は中心部が円柱状に盛り上がった凸形状であることを
   特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の油汚濁度検出
   装置。 １１、該発光素子のウィンドウ形状が発光面側において
   凸球面であることを特徴とする特許請求の範囲第３項又
   は第７項に記載の油汚濁度検出装置。