(57)【要約】  本発明は、エンジンオイル（６）の種々の温度においてエンジンオイル（６）の粘度を検出し、エンジンオイル（６）の粘度および温度から粘度指数を求める、内燃機関（１）におけるエンジンオイル（６）の状態の監視方法に関する。本方法においては、エンジンオイル（６）の粘度指数を連続する異なる時点（ｔ０，ｔ１，ｔ２）において検出し、時間の経過による粘度指数の変化をエンジンオイル（６）の状態を評価するための基準として使用する。
2010501768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンオイル（６）の種々の温度において該エンジンオイル（６）の粘度を検出し、該エンジンオイル（６）の粘度および温度から粘度指数を求める、内燃機関（１）におけるエンジンオイル（６）の状態の監視方法において、
前記エンジンオイル（６）の前記粘度指数を連続する異なる時点（ｔ０，ｔ１，ｔ２）において検出し、時間の経過による前記粘度指数の変化をエンジンオイル（６）の状態を評価するための基準として使用することを特徴とする、内燃機関（１）におけるエンジンオイル（６）の状態の監視方法。
【請求項２】
前記粘度指数に関する目標値を電子メモリ（１５）に記憶する、請求項１記載のエンジンオイル（６）の状態の監視方法。
【請求項３】
新しいエンジンオイル（６）の粘度指数を検出し、該粘度指数の偏差を評価する、請求項１または２記載のエンジンオイル（６）の状態の監視方法。
【請求項４】
検出された粘度指数を電子メモリ（１５）に記憶する、請求項３記載のエンジンオイル（６）の状態の監視方法。
【請求項５】
前記エンジンオイル（６）の状態が所定の劣化状態に達した際にドライバに対して指示を出力する、請求項１から４までのいずれか１項記載のエンジンオイル（６）の状態の監視方法。
【請求項６】
前記ドライバに対する指示を組み合わせ計器（１６）に表示する、請求項５記載のエンジンオイル（６）の状態の監視方法。
【請求項７】
前記ドライバに対する指示を音響的に出力する、請求項４または５記載のエンジンオイル（６）の状態の監視方法。
【請求項８】
前記エンジンオイル（６）の検出された状態から、該エンジンオイル（６）の寿命に関する示唆を導出する、請求項１から７までのいずれか１項記載のエンジンオイル（６）の状態の監視方法。
【請求項９】
前記エンジンオイル（６）の寿命に関する示唆を前記ドライバに表示する、請求項８記載のエンジンオイル（６）の状態の監視方法。
【請求項１０】
車両製造メーカによって最小粘度指数が設定されており、該最小粘度指数を下回ると品質の悪いエンジンオイル（６）を推量する、請求項１から９までのいずれか１項記載のエンジンオイル（６）の状態の監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載されている、内燃機関におけるエンジンオイルの状態の監視方法に関する。
【０００２】
自動車技術からエンジンオイルの充填状態を監視する必要があることが知られている。さらにはオイルの品質が汚染物質により時間と共に劣化することが知られている。この理由から通常の場合、自動車の定期的なメンテナンスの際にエンジンオイルが交換される。エンジンオイルの状態は殊にドライバの走行スタイルにも依存するので、オイル状態を別個に監視し、オイル交換が行われるべきことをドライバに指示することがますます行われている。
【０００３】
従来では、オイル交換時点の可能な限り正確な予測は容量性の方法を用いてオイルの伝導率または誘電率を測定することにより行われている。電極構造体が同心管として構成されている場合には、容量性の方法による公知の実施形態を充填状態測定にも同時に使用することができる。もっともこの実施形態は、オイルに含まれている水滴または金属粒子が非常に間隔の狭い電極構造体を短絡させる可能性があり、それにより永続的な機能障害が惹起されるという欠点を有する。この分野における研究により、純粋な容量性のセンサを用いてもオイルの寿命および状態に関する一義的な情報を提供することができないことが分かった。
【０００４】
DE 103 45 253 A1からは、ピエゾ発振器をオイル循環系に取り付け、このピエゾ発振器を用いてオイルの粘度を検出することが公知である。しかしながら、種々の経年変化事象がエンジンオイルの粘度に及ぼしている可能性があるので、粘度だけではオイル状態を十分に検出することはできない。例えば煤の導入によりオイルが濃縮され、これに対して燃料の導入によりオイルが稀釈される。燃料の導入と煤の導入が同時に生じる場合、状況によってはオイルの粘度は変化しないままであることも考えられるが、オイルの状態は煤および燃料によって実際には劣化している。純粋な粘度測定ではオイルの劣化した状態が未知のままである可能性があるので、これによって内燃機関において高い磨耗が生じる虞がある。したがってエンジンオイルの粘度を監視してもエンジンオイルの状態を正確に判定できるわけではない。また粘度の測定では新に充填されたエンジンオイルの品質に関する信頼性の高い情報も提供できない。内燃機関に品質の悪いエンジンオイルが充填されても粘度測定によってはそれを識別できない。
【０００５】
ここで本発明の課題は、内燃機関において使用されている間にエンジンオイルの状態に関する信頼性の高い情報を提供できる、エンジンオイルの状態の監視方法を提供することである。
【０００６】
本発明によれば、この課題は請求項１に記載されている特徴を備えた方法によって解決される。
【０００７】
連続する異なる時点（ｔ０、ｔ１、ｔ２）に粘度指数を検出し、粘度指数の変化を時間毎に測定してオイル状態を評価することによって、車両の動作中のエンジンオイルの品質に関する信頼性の高い評価が実現される。内燃機関の各ウォームアップ段階において、エンジンオイルの粘度の特性を大きな温度範囲（例えば１５℃〜１００℃）において検出することができ、またそれによりエンジンオイルのその時点における粘度指数を検出することができる。そのようにして検出された粘度指数はエンジンのウォームアップ段階が終了する度に、例えば煤または燃料のエンジンオイルへの導入によって、または粘度指数改善剤の分解によって変化する。煤と燃料がエンジンオイルに同時に導入されても粘度は変化しないままである可能性もあるが、粘度指数は測定できる程に変化している。粘度改善剤（急速な分解に曝される長鎖分子である）の分解も本発明による方法によって確実に識別される。このことは純粋な粘度測定では不可能である。粘度指数の変化を測定することによって、内燃機関におけるエンジンオイルの目下の品質に関して信頼性の高い情報を提供することができる。
【０００８】
１つの実施形態においては、先ず新しいエンジンオイルの粘度指数が検出され、続いてこの粘度指数の偏差が評価される。新しいエンジンオイルはオイル交換の際に充填され、これをオイル状態センサによって電子的に識別することができる。新しいエンジンオイルによって粘度指数に関する測定値が設定され、この測定値はエンジンオイル品質に関する良好な判定基準を表す。車両製造メーカが異なる粘度指数を有する種々のエンジンオイルを許可することも考えられる。あるエンジンオイルを別のエンジンオイルに交換した際に、粘度指数の最初の測定によってエンジンオイルの劣化を判定するための信頼性の高い基準値が得られる。さらには最小粘度指数を設定することによって、充填されたエンジンオイルがこの値を下回る場合には、品質の悪いエンジンオイルが内燃機関に充填されたかを確実に識別することができる。この情報は保証要求を判断する際に非常に重要である。
【０００９】
別の実施形態においては、求められた粘度指数が電子メモリに記憶される。これによって測定結果を電子的に容易に処理することができる。さらには、エンジンオイルが所定の時点に示した粘度指数に関する情報が保持され、このことは例えばエンジン損傷時に保証を行うかを判断するための重要な情報となる。
【００１０】
エンジンオイルの状態が所定の劣化状態に達した際にドライバに指示が出力される場合には、この指示は必要に応じてオイル交換を指示することができる。ドライバがこの指示に十分に迅速に従わない場合、車両製造メーカには保証の履行を拒否するための根拠を得ることができる。エンジンオイルが消耗限界まで完全に使用されることにより、経済的且つエコロジ的な利点が得られる。
【００１１】
別の実施形態においては、ドライバへの指示を組み合わせ計器において視認することができる。ドライバは組み合わせ計器に特別な注意を払うので、これにより劣悪なオイル状態に関する指示を見逃す可能性はない。ドライバに対する指示を音響的に認識させることができる場合にはさらに有利である。
【００１２】
別の実施形態においては、エンジンオイルの求められた状態からエンジンオイルの寿命に関する示唆が導出される。このことは経済的且つエコロジ的な観点からエンジンオイルを最適に利用できるようにするために非常に重要である。車両ディスプレイに表示することができるこの寿命はドライバにとって非常に重要な情報を表す。何故ならば、ドライバはエンジンオイルの品質低下が始まると適時にサービスを受けることを計画することができるからである。実際には、エンジンオイルは所定の経年劣化閾値に達したときに始めて化学的に極めて大きく変質する。これにより残りの寿命が非常に短くなったときに、黒い沈殿物の形成によって表されるオイルの完全な分解、またエンジンの損傷が生じる。しかしながら、この危機的な経年劣化状態に達するまでは、濃縮効果と稀釈効果がいつ重畳したかをオイルは明確に示すことができない。この危機的な限界値を超えると、工場における即座のメンテナンスが必要である。ドライバが比較的長時間走行している間に、事前的な警告なくそのような状況が発生すると、ドライバは最も不利な場合に驚かされる可能性がある。したがって寿命の信頼性に関する高い予測は非常に有利である。
【００１３】
別の実施形態においては、エンジンオイルの寿命に関する示唆がドライバに表示される。ドライバが例えば比較的長い休暇旅行を予定している場合、ドライバは運転前または運転後にオイル交換を行うべきか否かを非常に容易に評価することができる。
【００１４】
さらに別の実施形態においては、車両製造メーカによって最小粘度指数が設定されており、この最小粘度指数を下回る場合には品質の悪いエンジンオイルの使用が推量される。このことは保証の範囲における要求にとって非常に重要である。品質が悪く許容できないエンジンオイルが使用されていることをドライバに示すことできる場合には、保証の履行を拒否することが考えられる。
【００１５】
以下では図面を参照しながら本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】４つのシリンダを備えた内燃機関を示す。
【図２】エンジンオイルにおける種々の燃料濃度での粘度センサの出力信号を示す。
【図３】エンジンオイルの粘度と温度との関係を示す。
【図４】煤が導入された際のエンジンオイルの粘度の特性と温度との関係を示す。
【図５】エンジンオイルの粘度の特性と温度との関係を示す。
【図６】エンジンオイルの粘度と温度との関係を示す。
【図７】種々の時点ｔ０〜ｔ３におけるエンジンオイルの粘度指数を示す。
【図８】従来技術によるエンジンオイルの品質および状態を検出するための方法を示す。
【００１７】
図１は、４つのシリンダ２を備えた内燃機関１が示されている。シリンダ２内にはピストン３が配置されている。ピストン３はシリンダ２内に可動に支承されており、連接棒１７によりクランクシャフト４と接続されている。この図面に示されている可動部は内燃機関１の運転中にエンジンオイル６によって潤滑される。エンジンオイル６はオイルパン５に溜まっており、ここでは図示していない伝達系を介して潤滑個所に供給される。エンジンオイル６の品質は内燃機関１におけるエンジンオイル６の使用可能時間の経過と共に劣化する。この劣化は例えばディーゼル機関の場合にはエンジンオイル６への燃料の導入によって、またはエンジンオイル６への煤の導入によって生じる。この種の汚染物質によってエンジンオイル６の粘度に影響が及ぼされ、さらには潤滑個所の可動部を保護するエンジンオイル６の質にも影響が及ぼされる。エンジンオイル６内に存在する添加剤が例えば分解される可能性があり、これによってエンジンオイル６の品質に悪影響が及ぼされる。例えばその種の添加剤はいわゆる粘度指数改善剤である。粘度指数改善剤（ＶＩ改善剤）は、エンジンオイル６内に融解している粘度温度特性を改善する作用物質（粘度改善剤、高分子）を含有する。すなわちこの作用物質は粘度の温度依存性を低減する。ＶＩ改善剤は低温ではエンジンオイル６の流動性を改善し、高温ではＶＩ改善剤が無い場合よりも高い粘度を生じさせる。ＶＩ改善剤は多分野のエンジンオイルにおける重要な構成要素である。最も重要な粘度指数改善剤群は以下のものである：ポリメタクリラート（ＰＭＡ）、オレフィンコポリマー（ＯＣＰ）、ポリイソブチレン（ＰＩＢ）およびスチレン−ブタジエン−コポリマー（ＳＣＢ）またはスチレン−イソプレン−コポリマー（ＳＩＣ）。
【００１８】
温度センサ７によりエンジンオイル６の温度を検出することができ、また粘度センサ９によりエンジンオイルの粘度を検出することができる。２つの値を制御装置１０に供給することができ、この制御装置１０内にはマイクロコントローラ１１および電子メモリ１５が設けられている。マイクロコントローラ１１において、エンジンオイル６の粘度の測定された値およびエンジンオイル６の温度の測定された値から測定時点におけるエンジンオイル６の粘度指数を検出することができる。この値を電子メモリ１５に記憶することができる。
【００１９】
有利には、内燃機関１のウォームアップ段階中に粘度センサ９がエンジンオイル６の種々の温度でエンジンオイル６の粘度を検出することによって粘度指数が求められる。粘度指数はエンジンオイル６の粘度と温度の商として形成される。粘度指数が高いということは、温度が変化した際にエンジンオイル６の粘度は殆ど変化しないということを意味している。粘度指数が低いということは、温度が変化した際にエンジンオイル６の粘度は大きく変化することを意味している。有利には、その種のエンジンオイル６では粘度が内燃機関１の全て動作温度において近似的に等しいので、いかなる場合においても粘度指数は高い。粘度指数が大きく低下する場合、そのような低下はエンジンオイル６の品質が著しく劣化していることを示唆している。このような品質の劣化を制御装置１０によって求めることができ、また相応の対抗措置を講じることができる。制御装置１０から、内燃機関１の回転数がもはや所定の最大値を上回らないようにする信号が燃料噴射ポンプ１３に出力されることも考えられる。このために燃料噴射ポンプ１３から比較的少量の燃料が燃料供給管１２を介して噴射弁１４に供給され、これにより内燃機関１の出力が低下する。これに付加的にまたは択一的に、組み合わせ計器１６において警告を出力することができ、この警告によりオイル交換が必要であることがドライバに示される。さらには、スピーカ１８を介するドライバへの音響的な警告も考えられ、この音響的な警告によりエンジンオイル６を交換すべきことがドライバに指示される。粘度指数により、内燃機関１の動作中のエンジンオイル６の品質に関する正確な情報を確認できる測定値が提供される。粘度センサ９によって提供されるような粘度に関する情報は、エンジンオイル６の品質を表すためには十分ではない。何故ならば、例えば煤の導入と燃料の導入が同時に生じた際に粘度は一定に保たれることも考えられるが、その場合でもエンジンオイル６の品質は著しく劣化しているからである。本発明の方法により、エンジンオイル状態の劣化が確実に識別される。
【００２０】
図２は、エンジンオイル６における種々の燃料濃度での粘度センサの出力信号を示す。２２℃〜８０℃の種々の温度での測定結果が示されている。
【００２１】
図３は、エンジンオイル６の粘度と温度との関係を示す。時点ｔ0において内燃機関１に新に充填されたエンジンオイル６が示されている。時点ｔ1までにエンジンオイル６は燃料の導入によって稀釈されており、これによってエンジンオイル６の粘度が低下しており、このことはｔ1の一点鎖線によって示されている。時点ｔ2までの燃料のさらなる導入により、エンジンオイル６の粘度は再び低下することになり、このことはｔ2の曲線によって示されている。
【００２２】
これに対して図４は、煤が導入された際のエンジンオイル６の粘度の特性と温度との関係を示す。内燃機関１に新に供給されたオイル６はｔ0における曲線に応じた特性を示す。時点ｔ1までの煤の導入によってエンジンオイル６は濃縮されており、これによりｔ2における曲線に応じた特性が生じる。さらに煤が導入されるとエンジンオイル６がさらに濃縮され、このことはｔ2における曲線によって表されている。しかしながら煤も燃料もエンジンオイル６に導入されることによって図３の効果と図４の効果が重畳的に生じる可能性があり、これによって粘度は変化しないが、エンジンオイル６の品質が著しく劣化する。この理由から、エンジンオイル６の品質を確実に検出するためには単に粘度を測定するだけでは不十分である。粘度指数改善剤（ＶＩ改善剤）の分解によってオイル品質の劣化も示される可能性がある。ＶＩ改善剤は粘度指数の平坦な経過を惹起させるために良質のエンジンオイルに導入されている長鎖分子である。ＶＩ改善剤により冷たいエンジンオイルの粘度は熱いエンジンオイルに比べて勿論僅かにしか変化しない。この特性こそが全ての動作状態において内燃機関に最適に潤滑油を供給するために必要とされる。過度に粘度の高いエンジンオイルは非常に緩慢にしか潤滑箇所に到達しないが、過度に粘度の低いエンジンオイルはその潤滑性を失う。つまりエンジンオイルがあらゆる動作温度において同一の粘度を有する場合が最適である。ＶＩ改善剤を使用することによってこの最適な状態に近付ける。しかしながらＶＩ改善剤の長鎖分子はエンジンオイルの使用時間の経過により分解される。ＶＩ改善剤のこの分解を本発明の方法により確実に識別することができる。ＶＩ改善剤は現在のエンジンオイルの重要な構成要素であり、したがってＶＩ改善剤の分解を識別することによってエンジンオイルの状態および品質を直接的に推量することができる。
【００２３】
さらに図５には、ｔ0における曲線により新しいエンジンオイル６の粘度の特性と温度変化との関係が示されている。粘度指数改善剤の分解後にエンジンオイル６の粘度は温度の変化と共にｔnにおける曲線に応じた特性を示す。ＶＩ改善剤の分解後のエンジンオイル６の粘度は低温時に非常に高いが、逆に高温時には非常に低いことが見て取れる。このことは、エンジンオイル６がコールドスタート時に極端に粘度が高く、且つ内燃機関１の動作温度では非常に希薄であるという理由に基づきエンジンオイル６の品質が非常に劣悪であることを意味している。これにより内燃機関１における支承部および可動部の潤滑が不十分になる虞がある。
【００２４】
図６においても、内燃機関１におけるエンジンオイル６の種々の動作時点について、粘度と温度変化との関係が示されている。ｔ0において新しいエンジンオイル６が内燃機関１に充填されており、また煤の導入によって時点ｔ1および時点ｔ2においては粘度が高まっている。曲線ｔ3によって、上記のエンジンオイルの粘度の特性とは明らかに異なる別のエンジンオイル６の粘度の特性が示されている。この測定から車両製造メーカは例えば、ドライバが品質の悪いエンジンオイル６を使用しているか否かを識別することができる。ドライバはそのようなエンジンオイルを使用している場合には保証を要求することができない虞がある。
【００２５】
図７は、種々の時点ｔ0〜ｔ3に求められたエンジンオイルの粘度指数を示す。粘度指数はオイルの粘度・温度特性を表す特性量である。その数値は粘度・温度経過が平坦になるほど高くなり、それとは逆であれば低くなる。つまり粘度指数が高いということは温度が変化しても粘度の変化は比較的小さいということを表している。したがって粘度指数の高いエンジンオイル６の品質は粘度指数の低いエンジンオイル６の品質よりも高い。時点ｔ0では例えば新に充填されたエンジンオイル６が比較的高い粘度指数を有し、この粘度指数は内燃機関１におけるエンジンオイル６の使用時間の経過と共に低下し、時点ｔ2から時点ｔ3の間にクリティカル値Ｋを下回る。遅くとも時点ｔ3までドライバはエンジンオイル６を即座に交換すべき指示を受けるべきである。クリティカル値Ｋを下回る粘度指数では内燃機関１の可動部の十分な潤滑はもはや保証されていない。オイルの品質が低いことが識別されると、制御装置１０は内燃機関１を保護するために、燃料噴射ポンプ１３および燃料供給管１２を介して僅かな量の燃料を噴射弁１４に供給し、これによって内燃機関１の出力が低下される。内燃機関１の出力はドライバがエンジンオイル６を交換するまで可動部の十分な潤滑が保証されるよう十分に低下される。
【００２６】
図８は、従来技術によるエンジンオイルの品質および状態を検出するための方法を示す。エンジンオイル６で満たされているオイルパン５内に、エンジンオイル６において抵抗測定および誘電率測定を実施するセンサ１９が配置されている。抵抗または誘電率に関する測定値が制御装置１０に供給され、マイクロコントローラ１１によって評価される。これらの測定値からエンジンオイル６の状態が推量される。エンジンオイル６の品質および状態を検出するためのこの方法は非常に不正確であるので、エンジンオイル６の品質および状態に関する信頼性の高い情報を提供することには適していない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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