(57)【要約】【課題】 ディーゼルエンジン潤滑油内におけるすすの蓄積をリアルタイム作業で監視する方法を提供すること。【解決手段】電気プローブ12がエンジンの油だめ内の潤滑油に浸された一対の電極11,13を有しており、周波数が変化する比較的低電圧の交流が電気プローブの電極に印加され、選択された間隔で周波数範囲にわたって電流と位相角が測定される。そして、インピーダンスの抵抗分(Z')とリアクタンス分(Z")が計算され、かつインピーダンスの抵抗分とリアクタンス分との関係を示すナイキスト線図が作図される。【選択図】  図１
2005043360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジン潤滑油内におけるすすの蓄積をリアルタイム作業で監視する方法であって、
(a)  エンジン潤滑油内に一対の電極を配置し、この電極に選択された範囲にわたり異なる周波数で交流電圧を加えて、各周波数における振幅と位相角（24）を測定し、現在の各測定値（34）に対するインピーダンスの抵抗分とリアクタンス分を計算し、
(b)  前記リアクタンス分（Ｚ”）をインピーダンスの抵抗分（Ｚ’）と相関させて比較し、
インピーダンスのリアクタンス分におけるオリジナル値と低周波最小値との間における半円形の曲率中心の位置を決定し、
(c) 前記工程(a)、(b)、(c)を繰り返す所定の時間間隔だけ遅らして、前記オリジナル値の位置から曲率中心に向かう俯角θを計算し、
(d)  (i)すす百分率と俯角との公知の値における比較、 及び(ii)すす百分率と俯角との間の公知の関係、のいずれか一方からすす百分率を測定し、
(e)  選択された濃度レベルにすすの濃度が達したことを示す電気信号（28）を供給する、各工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
電気信号を供給する前記工程は、約０〜９．６％の範囲内のすす濃度を示している信号を供給するステップを含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
交流電圧を加える前記工程は、容積流体インピーダンス測定に関連した周波数範囲以上に電圧を加えるステップを含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記比較する工程は、複素インピーダンス平面（ナイキスト）の線図を図式化するステップを含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記比較する工程は、複素インピーダンス平面（ナイキスト）の線図を図式化し、オリジナル値と最小リアクタンス値との間のナイキスト線図における曲率中心の軌跡を決定するステップを含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記交流電圧を加える工程は、交流電圧を加え、そして、約１〜10,000ヘルツの範囲にわたる周波数で電流と位相角を測定するステップを含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記比較する工程は、計算手段（24）を用いること含んでいる請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディ−ゼルエンジン用潤滑油内のすすまたは炭素粒子の蓄積を検出することに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両エンジン排気浄化の強制的規制に基づく最近の排ガス低減に対して、ディーゼルエンジンに適合できる排気ガス循環（ＥＧＲ）バルブの使用が必要であるとされてきた。これは、燃焼化学における変化であり、また、エンジンピストンリングの前で吹き上げられるすすの形成率を増加し、エンジン潤滑油を汚染する結果を招く。
【０００３】
限界濃度を越えるすすが存在すると、エンジン潤滑油がその機能を効果的に達成できなくなり、エンジンが今にも損傷しそうになることが分かった、
これまで、エンジン潤滑油内のすす濃度を測定するのに有効な手段は、実験技術であり、潤滑油内に存在するすすの量を測定するために、実験室にエンジンオイルの試料を持ち込んで、熱重量分析を実行するか、あるいはフーリエ展開赤外分光分析法等の光学技術を用いることが必要とされていた。これは、あまりに費用と時間がかかり、その結果、サービス作業中に、ディーゼルエンジンのオイル状態を監視する必要があるときに実行不可能である。
【０００４】
この点については、特許文献１,２,３に開示されかつ記載されているように、エンジンのリアルタイム作業で、エンジン潤滑油の状態を監視するのにインピーダンス分光法を用いることが知られている。
【０００５】
上述の技術は、製造業者がブレンド中に添加された潤滑油構成成分の消耗を検出するためにディファレンシャルインピーダンス分光法を利用する。しかし、上記特許文献に記載された、このインピーダンス分析方法は、ディーゼルエンジン潤滑油内のすすを監視することができないことがわかった。
【０００６】
その結果、エンジンのリアルタイム作業時に、特にすすの濃度を監視するために、ディーゼルエンジン潤滑油を監視する方法または手段を見出すことが望まれてきた。
【特許文献１】米国特許明細書第６，２７８，２８１号
【特許文献２】米国特許明細書第６，３７７，０５２号
【特許文献３】米国特許明細書第６，３８０，７４６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ディーゼルエンジン潤滑油内におけるすすの蓄積をリアルタイム作業で監視する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、リアルタイム作業で、ディーゼルエンジンの潤滑液または潤滑油内におけるすす濃度を示す電気信号を供給する電気式プローブを用いており、この電気信号を分析するために、インピーダンス分光法を用いる新規な方法を使用する。
【０００９】
この電気プローブは、エンジンの油だめ内の潤滑油に浸された一対の電極を有しており、周波数が変化する比較的低電圧の交流が電気プローブの電極に印加され、選択された間隔で周波数範囲にわたって電流と位相角が測定される。インピーダンスの抵抗分とリアクタンス分が計算され、かつインピーダンスの抵抗分とリアクタンス分との関係を示すナイキスト線図が作図される。
【００１０】
インピーダンスのリアクタンス分におけるオリジナル値と最小値との間で作図された半円形領域の曲率中心が決定される。オリジナル値からＸ軸下方にある曲率中心に向かう俯角が計算され、そして、この俯角は、公知の濃度を有する潤滑油サンプルに対する読み値に対するすす濃度の関数として作図される。
電子コントローラ内にプログラムされるアルゴリズムは、上記線図から導き出され、公知の俯角と時々刻々計算される俯角とを比較し、同時に対応するすすの濃度を測定する。
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、ディーゼルエンジン潤滑油内におけるすすの蓄積をリアルタイム作業で監視する方法であって、
(a)  エンジン潤滑油内に一対の電極を配置し、この電極に選択された範囲にわたり異なる周波数で交流電圧を加えて、各周波数における振幅と位相角（24）を測定し、現在の各測定値（34）に対するインピーダンスの抵抗分とリアクタンス分を計算し、
(b)  前記リアクタンス分（Ｚ"）をインピーダンスの抵抗分（Ｚ'）と相関させて比較し、
インピーダンスのリアクタンス分におけるオリジナル値と低周波の最低発生値との間における半円形の曲率中心の位置を決定し、
(c) 前記工程(a)、(b)、(c)を繰り返す所定の時間間隔だけ遅らして、オリジナル値の位置から曲率中心に向かう俯角θを計算し、
(d)  (i)俯角に対するすす百分率の公知の値と、 (ii)すす百分率と俯角との間の公知の関係の一方からすす百分率を測定し、
(e)  選択された濃度レベルにすすの濃度が達したことを示す電気信号（28）を供給する、各工程を含むことを特徴としている。
【００１２】
本発明の他の実施形態によれば、電気信号を供給する前記工程は、約０〜９．６％の範囲内のすす濃度を示している信号を供給するステップを含んでいる。また、交流電圧を加える前記工程は、容積流体インピーダンス測定に関連した周波数範囲以上に電圧を加えるステップを含んでいる。
【００１３】
さらに、前記比較する工程は、複素インピーダンス平面（ナイキスト）の線図を図式化するステップを含んでいる。また、前記比較する工程は、複素インピーダンス平面（ナイキスト）の線図を図式化し、オリジナル値と最低リアクタンス値との間のナイキスト線図における曲率中心の軌跡を決定するステップを含んでいる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、リアルタイム作業で、プローブを潤滑油内に浸して、電流と位相角が選択された周波数間隔で測定することにより、インピーダンスの抵抗分（Ｚ'）とリアクタンス分（Ｚ"）が計算され、Ｚ"の値がナイキスト線図として、Ｚ'に相関して線図することができる。
【００１５】
そして、オリジナル値の位置から曲率中心に向かうラインの俯角θが線図から決定され、この俯角は、すす濃度の関数として線図されて、マイクロプロセッサ内にプログラムされるので、すす濃度のリアルタイム測定に対するセンサーとして利用することができ、かつ選択された濃度レベルにすす濃度が達した場合に電気信号を送るので、潤滑油の交換時期を容易に知ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明のシステムは、参照符号１０で示されており、このシステムは、参照符号１６で示すレベルに潤滑油が満たされたディーゼルエンジン１４のクランクケース又は油だめ内に挿入されるプローブ１２を含んでいる。このプローブは、適当な電極構造を有するが、本発明の実施形態では、図１において、参照符号１１,１３で示された、一対の同軸チューブ形状からなる同軸電極を用いることができる。このプローブは、2002年１月31日に出願された本発明の譲受人に譲渡され、発明の名称が「流体状態監視用プローブアセンブリ及びこの作成方法」である同時係属出願番号第１０／０６０，１０７号に開示された形状を有している。
【００１７】
このプローブ１２は、コントローラ２０からの比較的低電圧の交流電流がライン１８を介して導かれる１つの電極を有する。コントローラ２０は、プローブ１２に比較的低電圧の電圧源から交流を供給するために、発振器とマイクロプロセッサとを含んでいる。プローブ電流は、ライン２２と電気信号処理ユニット（計算手段）２４を接続することによって測定され、この処理ユニット２４は、マイクロコンピュータを備えて、プローブ１２を介して、電流の振幅及び位相角を測定し、そこから後述するように計算を実行する。この信号処理ユニット２４は、所定の閾値が存在すると判断したとき、エンジンオペレータを変更するために、ライン２６を介して警報／ディスプレイ２８に信号を送る。
【００１８】
プローブ１２は、一般的に間隔を詰めて平行配置された一対の電極を有し、エンジンの油だめ内の潤滑油に浸され、そして、リード線２２を通じて信号プロセッサ２４に通じる電流経路を完成して、１つの電極から潤滑油を介して他の電極に流れる電流を測定する。
【００１９】
理解できるように、コントローラ２０と信号処理ユニット２４は、エンジン１４から離れて配置され、図１の破線で示すとともに参照符号３０で示した共通のパッケージユニット内に結合されている。
【００２０】
交流電圧は、例えば、１ボルトまたはそれ以下の実効値電圧の比較的低周波の励起電圧がリード線１８を介してプローブ１２に加えられ、その周波数は約１〜10,000ヘルツの範囲で掃引される。この電流と位相角は、例えば、100〜200ヘルツの選択された間隔で測定される。また、インピーダンスのリアクタンス分と抵抗分が計算され、そして、データ対が、Ｚ"で示されたインピーダンスのリアクタンス分を用いて縦軸上に線図される。また、Ｚ'で示されたインピーダンスの抵抗分が、図２で示すようにナイキスト線図として知られる方法で横軸上に線図される。Ｚ"のオリジナル値と最小値の間の領域における半円形の曲線の中心は、線図から決定され、そして、オリジナル値から曲線の中心を通る直線によって形成された曲率中心の俯角が計算される。
【００２１】
この俯角は、図２に示されており、シンポルθで示されている。俯角θは、すすを全く包含していないディーゼルエンジン潤滑油に対しては小さい。そして、約９．６％のすす濃度を有する最大値の場合、俯角θは、約２６度になることが測定された。こうして、プローブの電流測定値を用いて、潤滑油内のすす濃度の百分率を決定することができる。この理由は、俯角θにおける変分が十分であるので、必要な範囲にわたるすす濃度に対して、センサの感度または解像度を満足させることができるからである。
【００２２】
図３において、公知のすす濃度を有するディーゼル潤滑油の２グループの試料に対して測定された俯角θが、明瞭な凡例によって示された各試料に対するデータを用いて線図される。この２組の試料の各々におけるデータは、連続して増加する潤滑油に圧力が加えられる間隔で、潤滑油ドレインから２つの駆動中のエンジンから分離して採取した。曲線は、データをマルチプル回帰分析等の適当な技術により適合させたものであり、このような曲線は、実線で示され、また、９５％信頼限界としての上側信頼限界及び下側信頼限界が破線で示されている。図３に見られるように、本発明の技術によれば、すす濃度のアナログ値として、俯角θを使用することができる。また、曲線は、測定データから生成することが可能である。信号処理ユニット２４を生成する曲線は、アルゴリズムまたは曲線の方程式を用いてプログラムすることができる。そして、与えられた角度θは、プローブの電流測定から決定し、すす百分率の対応する値がコントローラによって決定される。
【００２３】
図３からわかるように、２組の潤滑油ドレインサンプルの各々からの線図データが、一般的に指数関数的上方に湾曲した曲線を提供する。本発明は、リアルタイムの即時作業において、連続して電気信号出力を与えるセンサを用いて、ディーゼルエンジンオイルにおけるすす濃度の測定を可能にする。本発明を用いるシステムは、図１に示すように、エンジン潤滑油内において、最大可能なすす百分率に達したことを目視または聴取できる警報またはディスプレイを有するように設計されている。本発明の実施形態では、警報またはディスプレイを備えて、潤滑油内のすす濃度が有害なレベルに達した時、潤滑油がもはや機能的に有効に作用しないことを指示できることを見出した。
【００２４】
本発明は、上述した実施形態に関して記載されているが、本発明は、特許請求の範囲に記載した構成にのみ限定されるものであり、請求の範囲内の修正及び変更が可能であることは、理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明を使用するシステムを図示する概略図である。
【図２】俯角を測定するための方法を示すナイキスト線図である。
【図３】ススの公知の濃度と異なる潤滑油の２組の試料に対するすすの濃度に応じた俯角の線図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  システム
１２  プローブ
１４  ディーゼルエンジン
１１,１３  電極
１８  ライン
２０  コントローラ
２４  電気信号処理ユニット
θ  俯角
【図１】
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【図２】
2005043360.tif 000004
【図３】
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