(57)【要約】【課題】  試験用エンジンのオイルの空気混入率をリアルタイムで測定することができるエンジンのオイルの空気混入率測定装置及び測定方法を提供する。【解決手段】エンジンに装着されたオイルポンプとシリンダーブロック内のオイルギャラリーとを連結するオイルライン上のオイルの密度、オイルの圧力、オイルの温度を各々測定し；前記測定されたオイルの圧力及び前記測定されたオイルの温度に基づいて純粋オイルの密度を計算し；前記測定されたオイルの圧力及び前記測定されたオイルの温度に基づいて空気の密度を計算し；前記測定されたオイルの密度、前記測定されたオイルの圧力、前記計算された純粋オイルの密度、そして前記計算された空気の密度に基づいて前記オイルの空気混入率を計算する。【選択図】図１
2006010699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン潤滑システム内のオイルの空気混入率を測定する空気混入率測定装置において、
エンジンに装着されたオイルポンプとシリンダーブロック内のオイルギャラリーとを連結するオイルライン；
前記オイルライン上に設置されて、前記オイルライン上のオイルの密度を検出する密度計；
前記オイルライン上に設置されて、前記オイルライン上のオイルの圧力を検出する圧力計；
前記オイルライン上に設置されて、前記オイルライン上のオイルの温度を検出する温度計；及び
前記密度計、圧力計、及び温度計から検出されるオイルの密度、オイルの圧力、及びオイルの温度に基づいて前記オイルの空気混入率を計算するプロセッサー；
を含むことを特徴とするエンジンのオイルの空気混入率測定装置。
【請求項２】
エンジンに装着されたオイルポンプとシリンダーブロック内のオイルギャラリーとを連結するオイルライン上に設置されて、前記オイルライン上のオイルの密度を検出する密度計；前記オイルライン上に設置されて、前記オイルライン上のオイルの圧力を検出する圧力計；及び前記オイルライン上に設置されて、前記オイルライン上のオイルの温度を検出する温度計；を利用してエンジンのオイルの空気混入率を測定する方法であって、
前記密度計を利用して、前記オイルライン上のオイルの密度を測定する段階；
前記圧力計を利用して、前記オイルライン上のオイルの圧力を測定する段階；
前記温度計を利用して、前記オイルライン上のオイルの温度を測定する段階；
前記測定されたオイルの圧力及び前記測定されたオイルの温度に基づいて純粋オイルの密度を計算する段階；
前記測定されたオイルの圧力及び前記測定されたオイルの温度に基づいて空気の密度を計算する段階；及び
前記測定されたオイルの密度、前記測定されたオイルの圧力、前記計算された純粋オイルの密度、そして前記計算された空気の密度に基づいて前記オイルの空気混入率を計算する段階；
を含むことを特徴とするエンジンのオイルの空気混入率測定方法。
【請求項３】
前記オイルの密度を計算する段階は、
前記測定されたオイルの圧力、前記測定されたオイルの温度、設定された温度及び設定された圧力状態でのオイルの密度、純粋オイルの熱膨張係数、純粋オイルの圧縮率、そして空気の気体定数を下記の（数１）に代入して純粋オイルの密度を計算することを特徴とする請求項２に記載のエンジンのオイルの空気混入率測定方法。
（数１）
2006010699.tif 000009
【請求項４】
前記空気の密度を計算する段階は、
前記測定されたオイルの圧力、前記測定されたオイルの温度、及び空気の気体定数を下記の（数２）に代入して空気の密度を計算することを特徴とする請求項２に記載のエンジンのオイルの空気混入率測定方法。
（数２）
2006010699.tif 000010
【請求項５】
前記オイルの空気混入率を計算する段階は、
前記測定されたオイルの密度、前記測定されたオイルの圧力、前記計算された純粋オイルの密度、そして前記計算された空気の密度を下記の（数３）に代入して前記オイルの空気混入率を計算することを特徴とする請求項２に記載のエンジンのオイルの空気混入率測定方法。
（数３）
2006010699.tif 000011
【請求項６】
前記オイルの密度を計算する段階は、
前記測定されたオイルの圧力、前記測定されたオイルの温度、設定された温度及び設定された圧力状態でのオイルの密度、純粋オイルの熱膨張係数、純粋オイルの圧縮率、そして空気の気体定数を（数１）に代入して純粋オイルの密度を計算し、
前記空気の密度を計算する段階は、
前記測定されたオイルの圧力、前記測定されたオイルの温度、及び空気の気体定数を（数２）に代入して空気の密度を計算し、
前記オイルの空気混入率を計算する段階は、
前記測定されたオイルの密度、前記測定されたオイルの圧力、前記計算された純粋オイルの密度、そして前記計算された空気の密度を（数３）に代入して前記オイルの空気混入率を計算することを特徴とする請求項２に記載のエンジンのオイルの空気混入率測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンのオイルの空気混入率測定装置及び測定方法に関し、より詳しくは、エンジンの設計時に最少オイルレベルを設定するための試験用エンジンのオイルの空気混入率測定装置及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンジンは、その作動過程で燃焼熱及び摩擦熱が発生するので、円滑なエンジンの作動のためには、適正量のオイル及び冷却水が供給されなければならない。このために、エンジンのシリンダーブロック及びシリンダーヘッド内には、オイル供給のために、オイルポンプ、オイルギャラリー、オイルパッセージ、オイルジェットなどの潤滑システムが形成され、また、冷却水の供給及び循環のために、ウォーターポンプ、ウォータージャケットなどの冷却システムが形成される。
【０００３】
エンジンの各摩擦部及び作動部に供給されるオイルは、エンジンの下側に装着されるオイルパンに保存される。オイルパンに保存されたオイルは、エンジンが作動すると共にオイルポンプでポンピングされた後、オイルギャラリー及びオイルパッセージを通じて各潤滑部に適当な圧力で供給される。各潤滑部に供給されたオイルは、一連のオイルラインに沿って循環して、エンジンの作動が停止すると共にオイルパンに帰還する。
【０００４】
このようなオイルの循環過程で、一部のオイルは、燃焼室などで燃焼したり漏れたりして無くなったり変質するので、車両の運転者は、一定の間隔でエンジンのオイルの量及びオイルの状態を点検して、必要な場合には補充しなければならない。
一方、エンジンを設計する車両メーカーの試験室では、当該エンジンの最適設計のためにエンジンの最少オイルレベルを設定する。
エンジンのオイルレベルを測定することができるように、エンジンには伝統的にディップスチック（ｄｉｐ  ｓｔｉｃｋ）形態のオイルレベルゲージが装着されている。最近は、オイルレベルを電子的に測定することもある。
【０００５】
エンジンの最少オイルレベルを設定するための方法としては、最近は、試験用エンジンのオイルの空気混入率を測定して、空気混入率が多すぎないオイルレベル値などの最少値に最少オイルレベルを設定する方法が提案されている。
オイル内の空気混入率を測定するための装置としては、ドイツＦＥＶ社の‘Ａｅｒｏｍｅｔｅｒ’及びフランスＩＦＰ社の‘ＳＭＡＣ’という装置が適用されている。前記‘Ａｅｒｏｍｅｔｅｒ’１０は、図３に示すように、試験用エンジン内のオイルを一定量取り出して真空シリンダー１１でオイルに含まれた空気を迅速に分離させた後、真空シリンダー１１を再調整して、真空シリンダー１１の内部の圧力を１気圧に合せて空気の体積を測定することができるように構成される。
【０００６】
一方、前記‘ＳＭＡＣ’２０は、図４に示すように、試験用エンジン内のオイルを一定量取り出した後、オイル空気混合物の圧縮率を測定することによって、オイルの空気混入率を測定することができるように構成される。
ところが、前記‘Ａｅｒｏｍｅｔｅｒ’及び‘ＳＭＡＣ’は、全て試験用エンジンのオイルの一定量をシリンダーに取り出した後、閉じ込めて試験しなければならないので、リアルタイムでの測定が不可能であるという問題点があった。
【特許文献１】特開２００５−１１４７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明は、試験用エンジンのオイルの空気混入率をリアルタイムで測定することができるエンジンのオイルの空気混入率測定装置及び測定方法を提供することに目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、エンジンの潤滑システム内のオイルの空気混入率を測定するための空気混入率測定装置において、前記エンジンに装着されたオイルポンプとシリンダーブロック内のオイルギャラリーとを連結するオイルライン；前記オイルライン上に設置されて、前記オイルライン上のオイルの密度を検出する密度計、前記オイルライン上に設置されて、前記オイルライン上のオイルの圧力を検出する圧力計、前記オイルライン上に設置されて、前記オイルライン上のオイルの温度を検出する温度計、及び前記密度計、圧力計、及び温度計から検出されるオイルの密度、オイルの圧力、及びオイルの温度に基づいて前記オイルライン上のオイルの空気混入率を計算するプロセッサー；を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、エンジンに装着されたオイルポンプとシリンダーブロック内のオイルギャラリーとを連結するオイルライン上に設置されて、前記オイルライン上のオイルの密度を検出する密度計；前記オイルライン上に設置されて、前記オイルライン上のオイルの圧力を検出する圧力計；及び前記オイルライン上に設置されて、前記オイルライン上のオイルの温度を検出する温度計；を利用してエンジンのオイルの空気混入率を測定する方法であって、
前記密度計を利用して、前記オイルライン上のオイルの密度を測定する段階；前記圧力計を利用して、前記オイルライン上のオイルの圧力を測定する段階；前記温度計を利用して、前記オイルライン上のオイルの温度を測定する段階；前記測定されたオイルの圧力及び前記測定されたオイルの温度に基づいて純粋オイルの密度を計算する段階；前記測定されたオイルの圧力及び前記測定されたオイルの温度に基づいて空気の密度を計算する段階；及び前記測定されたオイルの密度、前記測定されたオイルの圧力、前記計算された純粋オイルの密度、そして前記計算された空気の密度に基づいて前記オイルの空気混入率を計算する段階；を含むことを特徴とする。
【００１０】
前記オイルの密度を計算する段階は、前記測定されたオイルの圧力、前記測定されたオイルの温度、設定された温度及び設定された圧力状態でのオイルの密度、純粋オイルの熱膨張係数、純粋オイルの圧縮率、そして空気の気体定数を下記（数１）に代入して純粋オイルの密度を計算することを特徴とする。
（数１）
2006010699.tif 000003
【００１１】
前記空気の密度を計算する段階は、前記測定されたオイルの圧力、前記測定されたオイルの温度、及び空気の気体定数を下記の（数２）に代入して空気の密度を計算することを特徴とする。
（数２）
2006010699.tif 000004
【００１２】
前記オイルの空気混入率を計算する段階は、前記測定されたオイルの密度、前記測定されたオイルの圧力、前記計算された純粋オイルの密度、そして前記計算された空気の密度を下記の（数３）に代入して前記オイルの空気混入率を計算することを特徴とする。
（数３）
2006010699.tif 000005
【発明の効果】
【００１３】
本発明の実施例によれば、様々なオイルレベルでの空気混入率をリアルタイムで容易に計算することができ、これにより、エンジンの最少オイルレベルを効率的に設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明によるエンジン設計時に最少オイルレベルを設定するための試験用エンジンのオイルの空気混入率測定装置及びその測定方法に対する好ましい実施例を、添付した図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００１５】
図１は本発明の実施例による空気混入率測定装置の構成図であり、図２は本発明の実施例による空気混入率測定方法を示したフローチャートである。
図面に示す図面符号３０は前記空気混入率測定装置が適用される試験用エンジンを示すものであり、図面符号４０は空気混入率測定のために前記試験用エンジンに形成されるオイルラインを示すものである。
試験用エンジン３０は、エンジンの設計過程で当該エンジンに適用するための最少オイルレベルを設定するために、エンジンの実際の作動状況でオイルの量の変化及びオイルの空気混入率との関係から最適値を測定するためのものである。
【００１６】
そのために、試験用エンジン３０には、実際のエンジンに適用されるオイルパン３１、オイルポンプ３２、オイルフィルター３３、オイルギャラリー３４を含む全ての潤滑システム（ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）が同一に適用される。
ただし、オイルポンプ３２でポンピングされたオイルを試験のために様々な装置に供給するためのオイルライン４０が、オイルフィルター３３が装着される位置からエンジン３０の外側に露出したまま形成される。
このオイルライン４０は、試験用エンジン３０に必ず露出されたまま形成されるものではなく、本発明のための測定装置の装着に支障がなければ、試験用エンジンの内側にオイルライン４０が形成されてもよい。
【００１７】
前記のように形成されるオイルライン４０の途中には、オイルの密度を測定するための密度計４１、オイルの圧力を測定するための圧力計４２、オイルの温度を測定するための温度計４３などが設置される。
また、プロセッサー５０は、前記密度計４１、圧力計４２、及び温度計４３から検出されるオイルの密度、オイルの圧力、及びオイルの温度に基づいて前記オイルライン上のオイルの空気混入率を計算する。
プロセッサー５０は、設定されたプログラムによって作動する一つ以上のマイクロプロセッサーで実現でき、設定されたプログラムは、後述する本発明の実施例を行うための一連の命令を含むものとすることができる。
【００１８】
一方、測定装置４１、４２、４３で測定されたオイルの密度（ρ）、測定されたオイルの圧力（Ｐ）、測定されたオイルの温度（Ｔ）は、オイルの空気混入率（Ψ）を測定するための基礎要素となる。
また、測定値（ρ、Ｐ、Ｔ）は、０℃の大気圧状態での純粋オイルの密度［ρｏ（Ｐａｔｍ、０）］、純粋オイルの熱膨張係数（β）、純粋オイルの圧縮率（γ）、空気の気体定数（Ｒ）などと共に（数１）、（数２）、（数３）に適用される。
（数１）
2006010699.tif 000006
【００１９】
（数１）は、測定されたオイルの圧力（Ｐ）及びオイルの温度（Ｔ）での純粋オイルの密度（ρｏ（Ｐ、Ｔ））を計算するための数式である。
（数１）で、（γ）は純粋オイルの圧縮率を示し、（β）は純粋オイルの熱膨張係数を示す。純粋オイルの圧縮率（γ）及び純粋オイルの熱膨張係数（β）は、オイルごとに異なる値を有することがある。
また、（数１）で、ρｏ（Ｐ、Ｔ）は設定された温度Ｔ０及び設定された圧力Ｐ０での純粋オイルの密度を示す。一例として、本発明の実施例では、前記設定された温度Ｔ０として摂氏０度を使用し、前記設定された圧力Ｐ０として大気圧（１気圧）を使用する。
また、（数１）で、ΔＰは測定されたオイルの圧力（Ｐ）と前記設定された圧力（Ｐ０）との差（Ｐ−Ｐ０）を示す。
また、数式１で、ΔＴは測定されたオイルの温度（Ｔ）と前記設定された温度（Ｔ０）との差（Ｔ−Ｔ０）を示す。
【００２０】
測定されたオイルの圧力（Ｐ）及びオイルの温度（Ｔ）での純粋オイルの密度（ρｏ（Ｐ、Ｔ））を数式１のように計算することができる理由は以下の通りである。
すなわち、オイルの密度は、温度及び圧力に大きく左右されるので、基準となる温度及び圧力でのオイルの密度がわかれば、温度変化による密度変化を予測し、また圧力変化による密度変化を予測することによって、測定された実際の温度及び圧力でのオイルの密度を計算することができる。
【００２１】
ここで、温度変化による密度変化を求めるためにオイルの熱膨張係数（β）が使用され、圧力変化による密度変化を求めるためにオイルの圧縮率（γ）が使用されるのである。
（数２）
2006010699.tif 000007
（数２）は、測定されたオイルの圧力（Ｐ）及びオイルの温度（Ｔ）での空気の密度（ρａ）を計算するための数式である。
（数２）で、Ｒは空気の気体定数を示す。
空気が混入されたオイル及び空気は互いに平衡状態にあるので、これらの温度及び圧力は互いに同一であると考えることができる。したがって、このような前提下で、（数２）は、測定されたオイルの圧力（Ｐ）及びオイルの温度（Ｔ）での空気の密度を理想気体状態方程式を利用して計算するのである。
【００２２】
（数３）
2006010699.tif 000008
（数３）は、（数１）及び（数２）のように計算される純粋オイルの密度（ρｏ（Ｐ、Ｔ））及び空気の密度（ρａ）を利用して、測定されたオイルの圧力（Ｐ）、測定されたオイルの温度（Ｔ）、そして測定されたオイルの密度（ρ）からオイルの空気混入率（Ψ）を計算するための数式である。
（数３）で、Ｐａｔｍは大気圧を示す。
空気混入率（Ψ）は、空気が混入したオイルの体積中に空気が占める体積の比率で定義され、したがって、このような空気混入率（Ψ）の定義及び（数３）に含まれた変数の定義から当業者は容易に（数３）を導きだすことができるので、これに関するそれ以上の詳細な説明は省略する。
【００２３】
（数１）、（数２）、及び（数３）から、特定の温度（Ｔ）及び圧力（Ｐ）でのオイルの空気混入率（Ψ）は下記のように計算することができる。
したがって、オイルライン４０の途中に設置された密度計４１、圧力計４２、温度計４３で測定されたオイルの密度（ρ）、圧力（Ｐ）、及び温度（Ｔ）から、（数１）乃至（数３）で使用される定数値を利用して、試験用エンジンでのオイルの空気混入率（Ψ）は下記のような過程によって測定される。
【００２４】
まず、密度計４１、圧力計４２、及び温度計４３を通じてオイルの密度（ρ）、オイルの圧力（Ｐ）、及びオイルの温度（Ｔ）を測定する（Ｓ２１０、Ｓ２２０、Ｓ２３０）。
次に、前段階で測定されたオイルの圧力（Ｐ）、温度（Ｔ）、及び０℃の大気圧状態でのオイルの密度（ρｏ（Ｐａｔｍ，０））、熱膨張係数（β）、圧縮率（γ）、空気の気体定数（Ｒ）を（数１）に代入して純粋オイルの密度（ρ）を計算する段階を行う（Ｓ２４０）。
そして、段階（Ｓ２１０−Ｓ２３０）で検出されたオイルの圧力（Ｐ）、温度（Ｔ）及び空気の気体定数（Ｒ）を下記の（数２）に代入してオイルが含まれていない空気の密度（ρａ）を計算する段階を行う（Ｓ２５０）。
【００２５】
次に、段階（Ｓ２１０−２５０）で検出されたオイルの密度（ρ）、オイルの圧力（Ｐ）、純粋オイルの密度（ρｏ）、空気の密度（ρａ）を下記の（数３）に代入してオイルの空気混入率（Ψ）を計算する段階を行う（Ｓ２６０）。
このように計算されるオイルの空気混入率（Ψ）を利用して、エンジンの最少オイルレベルを設定する。すなわち、試験室では、試験用エンジン３０に注入されるオイルの量を変えて、各オイル量での空気混入率（Ψ）を測定する。
【００２６】
このように測定されるオイルの量対比の空気混入率（Ψ）が設定された基準を満たす最小限のオイルの量をエンジンの最少オイルレベルとして最終的に設定する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例によるエンジンのオイルの空気混入率測定装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例によるエンジンのオイルの空気混入率測定方法を示したフローチャートである。
【図３】従来の技術によるエンジンのオイルの空気混入率測定装置の一例を示した図面である
【図４】従来の技術によるエンジンのオイルの空気混入率測定装置の他の例を示した図面である。
【符号の説明】
【００２８】
３０    試験用エンジン
３１    オイルパン
３２    オイルポンプ
３３    オイルフィルター
３４    オイルギャラリー
４０    オイルライン
４１    密度計
４２    圧力計
４３    温度計
５０    プロセッサー
【図１】
2006010699.tif 000012
【図２】
2006010699.tif 000013
【図３】
2006010699.tif 000014
【図４】
2006010699.tif 000015