JP2008050972A - エンジンオイルの劣化判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンオイルの劣化を精度良く判定して、エンジンオイルの交換時期を運転者等に的確に知らせる。
【解決手段】エンジン回転数Ｎｅ、負荷Ｔｑ、油温Ｔｅｍｐの各パラメータ間の相互作用を考慮したペンタン不溶解分マップに基づいて、ペンタン不溶解分の積算値を求めてオイル劣化を判定する（ステップＳＴ３〜ＳＴ６）。このように、エンジン回転数Ｎｅ、負荷Ｔｑ、油温Ｔｅｍｐのパラメータ毎に劣化指標を算出するのではなく、エンジン回転数Ｎｅ、負荷Ｔｑ、油温Ｔｅｍｐを含む複数のパラメータの相互作用を考慮したペンタン不溶解分マップを用いてオイル劣化を判定することで、エンジンオイルの劣化を精度良く判定することが可能となり、エンジンオイルの交換時期を運転者等に適切に知らせることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関を潤滑するエンジンオイルの劣化を判定するエンジンオイルの劣化判定装置に関する。

自動車等に搭載される内燃機関（以下、エンジンともいう）では、ピストン、クランクシャフト、コネクティングロッドなどの摺動各部をエンジンオイルにて潤滑している。このような潤滑用のエンジンオイルはエンジンの使用に伴って劣化する。

エンジンオイルの劣化は、例えば、基油の酸化、粘度増加、摩耗防止剤や清浄分散剤などの添加剤の消耗、すす（Ｓｏｏｔ）などの燃焼生成物の外部からの混入などによって生じる。これらのいずれの場合でも、エンジンの性能を維持するためにはエンジンオイルの交換が必要である。

エンジンオイルの交換時期を判定する方法として、下記の特許文献１に記載の技術がある。この特許文献１に記載の技術では、エンジンオイルの劣化に関係するパラメータとして、油温、負荷、エンジン回転数を検出し、その検出した油温、負荷、エンジン回転数から特性曲線に基づいて劣化に関する評価係数を各パラメータごとに求め、それら評価係数Ｂ_T、Ｂ_L、Ｂ_Nにエンジン回転数を乗算する。そして、各評価係数を乗算した後のエンジン回転数を走行距離に換算して残存走行距離（次のオイル交換時期までの残り走行距離）を求めている。

また、この種のエンジンオイルの劣化判定装置として、エンジンの運転状態に基づいてオイル劣化指標（例えば粘度、全塩基価、ペンタン不溶解分量など）を求め、そのオイル劣化指標を積算した積算値が所定の判定値を超えたときに、運転者等に警告を発する装置がある。
特許第３４９３５８３号公報

ところで、上記した特許文献１に記載の方法では、油温、負荷、エンジン回転数の各パレメータに対応する評価係数Ｂ_T、Ｂ_L、Ｂ_Nを個別に算出しているので、各パラメータの相互の関係が残存走行距離（エンジンオイル交換時期）に反映されず、エンジンオイルの劣化判定の精度が劣るという問題がある。また、走行距離に換算しているため、アイドリング停止時のオイル劣化を反映した劣化判定を行うことができない。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、エンジンオイルの劣化を精度良く判定することができ、エンジンオイルの交換時期を運転者等に的確に知らせることが可能なエンジンオイルの劣化判定装置を提供することを目的とする。

本発明では、機関回転数、負荷、油温の各パラメータ毎に劣化指標を算出するのではなく、機関回転数、負荷、油温を含む複数のパラメータの相互作用を考慮して、劣化指標の１つであるペンタン不溶解分を算出・積算することで、劣化判定の精度を高めている点に特徴がある。

具体的には、内燃機関を潤滑するエンジンオイルの劣化を判定するエンジンオイルの劣化判定装置において、機関回転数、負荷、油温を含む内燃機関の運転状態を検出する検出手段と、前記内燃機関の運転状態の検出値に基づいてエンジンオイルの劣化を判定する判定処理手段とを備え、前記判定処理手段は、前記機関回転数、負荷、油温を含む内燃機関の運転状態をパラメータとして単位時間当たりのペンタン不溶解分の増加量を求めるためのマップであって、前記機関回転数、負荷、油温を含む複数のパラメータの相互作用を考慮したペンタン不溶解分マップを有し、前記機関回転数、負荷、油温を含む内燃機関の運転状態の検出値に基づいて前記ペンタン不溶解分マップを参照してペンタン不溶解分の増加量を算出するとともに、その算出結果を経時的に積算し、その積算値が所定値を超えたときに警告を発することを特徴としている。

本発明によれば、機関回転数、負荷、油温を含む複数のパラメータ間の相互作用を考慮したペンタン不溶解分マップに基づいて、ペンタン不溶解分の積算値を求めてオイル劣化を判定しているので、エンジンオイルの劣化を精度良く判定することができ、エンジンオイルの交換時期を運転者等に適切に知らせることができる。しかも、ペンタン不溶解分をオイル劣化指標としているので、粘度増加・すす・酸化によるオイル劣化を１つの指標で判定することができる。

以上説明したように、本発明によれば、機関回転数、負荷、油温を含む複数のパラメータの相互作用を考慮したペンタン不溶解分マップを用いて、ペンタン不溶解分の増加量を算出するとともに、その算出結果を経時的に積算し、その積算値が所定値を超えたときに警告を発するように構成しているので、エンジンオイルの劣化を精度良く判定することができ、エンジンオイルの交換時期を運転者等に適切に知らせることができる。しかも、ペンタン不溶解分の増加量を経時的に積算した積算値に基づいてオイルの劣化を判定しているので、アイドリング停止時のオイル劣化を反映した、より正確なオイル劣化判定を行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、本発明のエンジンオイルの劣化判定装置を適用するエンジン（内燃機関）について説明する。

−エンジン−
図１は本発明を適用するエンジンの概略構成を示す図である。なお、図１にはエンジンの１気筒の構成のみを示している。

エンジン１は、多気筒ガソリンエンジンであって、燃焼室１ａを形成するピストン１ｂ及び出力軸であるクランクシャフト１５を備えている。ピストン１ｂはコネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１５に連結されており、ピストン１ｂの往復運動がコネクティングロッド１６によってクランクシャフト１５の回転へと変換される。

クランクシャフト１５には、外周面に複数の突起（歯）１７ａ・・１７ａを有するシグナルロータ１７が取り付けられている。シグナルロータ１７の側方近傍にはクランクポジションセンサ２７が配置されている。クランクポジションセンサ２７は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト１５が回転する際にシグナルロータ１７の突起１７ａに対応するパルス状の信号（出力パルス）を発生する。

エンジン１のシリンダブロック１ｃの下側には、エンジンオイルを貯留するオイルパン１８が設けられている。このオイルパン１８に貯留されたエンジンオイルは、エンジン１の運転時に、異物を除去するオイルストレーナを介してオイルポンプによって汲み上げられ、さらにオイルフィルタで浄化された後に、ピストン１ｂ、クランクシャフト１５、コネクティングロッド１６などに供給され、各部の潤滑・冷却等に使用される。そして、このようにして供給されたエンジンオイルは、エンジン１の各部の潤滑・冷却等のために使用された後、オイルパン１８に戻され、再びオイルポンプによって汲み上げられるまでオイルパン１８内に貯留される。オイルパン１８には、エンジンオイルの温度を検出する油温センサ２２が配置されている。また、エンジン１のシリンダブロック１ｃには、エンジン水温（冷却水温）を検出する水温センサ２１が配置されている。

エンジン１の燃焼室１ａには点火プラグ３が配置されている。点火プラグ３の点火タイミングはイグナイタ４によって調整される。イグナイタ４は、後述するＥＣＵ（電子制御ユニット）１００によって制御される。

エンジン１の燃焼室１ａには吸気通路１１と排気通路１２が接続されている。吸気通路１１と燃焼室１ａとの間に吸気バルブ１３が設けられており、この吸気バルブ１３を開閉駆動することにより、吸気通路１１と燃焼室１ａとが連通または遮断される。また、排気通路１２と燃焼室１ａとの間に排気バルブ１４が設けられており、この排気バルブ１４を開閉駆動することにより、排気通路１２と燃焼室１ａとが連通または遮断される。これら吸気バルブ１３及び排気バルブ１４の開閉駆動は、クランクシャフト１５の回転が伝達される吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの各回転によって行われる。

一方、吸気通路１１には、エアクリーナ７、熱線式のエアフローメータ２３、吸気温センサ２４（エアフローメータ２３に内蔵）、及び、エンジン１の吸入空気量を調整するための電子制御式のスロットルバルブ５が配置されている。スロットルバルブ５はスロットルモータ６によって駆動される。スロットルバルブ５の開度はスロットルポジションセンサ２６によって検出される。エンジン１の排気通路１２には、排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ₂センサ２５及び三元触媒８が配置されている。

そして、吸気通路１１には、燃料噴射用のインジェクタ（燃料噴射弁）２が配置されている。インジェクタ２には、燃料タンクから燃料ポンプによって所定圧力の燃料が供給され、吸気通路１１に燃料が噴射される。この噴射燃料は吸入空気と混合されて混合気となってエンジン１の燃焼室１ａに導入される。燃焼室１ａに導入された混合気（燃料＋空気）は点火プラグ３にて点火されて燃焼・爆発する。この混合気の燃焼室１ａ内での燃焼・爆発によりピストン１ｂが往復運動してクランクシャフト１５が回転する。以上のエンジン１の運転状態は、ＥＣＵ１００によって制御される。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図２に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、バックアップＲＡＭ１０４などを備えている。

ＲＯＭ１０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ１０４は、エンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

これらＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、及び、バックアップＲＡＭ１０４は、バス１０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース１０５及び出力インターフェース１０６と接続されている。

入力インターフェース１０５には、水温センサ２１、油温センサ２２、エアフローメータ２３、吸気温センサ２４、Ｏ₂センサ２５、スロットルポジションセンサ２６、クランクポジションセンサ２７、及び、イグニッションスイッチ２８などが接続されている。出力インターフェース１０６には、インジェクタ２、点火プラグ３のイグナイタ４、スロットルバルブ５のスロットルモータ６、及び、オイル交換時期に至ったことを運転者等に通知（警告）するためのウォーニングランプ９などが接続されている。

そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ１００は、下記のエンジンオイル劣化判定処理を実行する。

−エンジンオイル劣化判定処理−
まず、エンジンオイル劣化判定処理に用いるペンタン不溶解分マップについて説明する。

ペンタン不溶解分マップは、図４に示すように、エンジン１の運転条件のうち、エンジン回転数Ｎｅ、負荷Ｔｑ、油温Ｔｅｍｐをパラメータとして、単位時間当たりのペンタン不溶解分の増加量ｄＰｒを求めるためのマップである。

この例に用いるペンタン不溶解分マップは、エンジン回転数Ｎｅ、負荷Ｔｑ、油温Ｔｅｍｐの各パラメータ間の相互作用を考慮し、それらエンジン回転数Ｎｅ、負荷Ｔｑ、油温Ｔｅｍｐの相互作用が反映されるように、単位時間当たりのペンタン不溶解分の増加量ｄＰｒを予め実験・計算等によって求めてマップ化したものである。具体的には、エンジン１のベンチテストにおいて、例えば、油温Ｔｅｍｐを一定とした条件でエンジン回転数Ｎｅと負荷Ｔｑとを変化させてエンジン運転領域内の各種条件で単位時間あたりのペンタン不溶解分の増加量を測定する、という処理を油温の各種条件毎に実施し、この測定で得られた測定値をマップ化したものであり、ＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２内に記憶されている。

この例のペンタン不溶解分マップでは、エンジン回転数Ｎｅが高くなるほど単位時間当たりのペンタン不溶解分の増加量ｄＰｒが高くなり、負荷Ｔｑが高くなるほど単位時間当たりのペンタン不溶解分の増加量ｄＰｒが高くなるように設定されている。さらに、油温Ｔｅｍｐが高くなるほど単位時間当たりのペンタン不溶解分の増加量ｄＰｒが高くなるように設定されている。

次に、エンジンオイル劣化判定処理を図３のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳＴ１において、エンジン１が始動しているか否かを判定し、エンジン１が始動していないときには、このルーチンを一旦終了する。エンジン１が始動している場合はステップＳＴ２に進む。

ステップＳＴ２では、次回始動時警告フラッグがＯＮであるか否かを判定する。いま、エンジンオイルの交換初期（エンジンオイルが新品）のときには、ペンタン不溶解分の積算値Ｐｒは初期値「０」であり、次回始動時警告フラッグはＯＦＦであるので、ステップＳＴ３に進む。

ステップＳＴ３においては、エンジン回転数Ｎｅ、負荷Ｔｑ、油温Ｔｅｍｐを含むエンジン運転条件を検出する。エンジン回転数Ｎｅは、クランクポジションセンサ２７の出力信号から読み込む。負荷Ｔｑは、エアフローメータ２３の検出信号から得られる吸入空気量に基づいて検出する。油温Ｔｅｍｐは、オイルパン１８に配置した油温センサ２２の出力信号から読み込む。

ステップＳＴ４では、上記ステップＳＴ３で検出したエンジン回転数Ｎｅ、負荷Ｔｑ、油温Ｔｅｍｐに基づいて、図４のペンタン不溶解分マップを参照してペンタン不溶解分の増加量ｄＰｒを算出し、その算出したペンタン不溶解分増加量を積算してペンタン不溶解分積算値Ｐｒを求める。ペンタン不溶解分積算値Ｐｒの初期値は「０」である。

次に、ステップＳＴ５において、イグニッションスイッチ２８がＯＦＦ（ＩＧ ＯＦＦ）であるか否かを判定し、その判定結果が否定判定である場合（イグニッションスイッチ２８がＯＮである場合）、ステップＳＴ３に戻ってエンジン回転数Ｎｅ、負荷Ｔｑ、油温Ｔｅｍｐを検出し、それらエンジン回転数Ｎｅ、負荷Ｔｑ、油温Ｔｅｍｐに基づいて、図４に示すペンタン不溶解分マップから得られるペンタン不溶解分の増加量ｄＰｒを積算してペンタン不溶解分積算値Ｐｒを求める（ステップＳＴ４）。このようなエンジン回転数Ｎｅ、負荷Ｔｑ、油温Ｔｅｍｐの検出（ステップＳＴ３）、及び、ペンタン不溶解分積算値Ｐｒの算出（ステップＳＴ４）は、イグニッションスイッチ２８がＯＦＦ（ステップＳＴ５の判定結果が肯定判定）となるまで、所定時間毎（例えば数ｍｓ毎）に順次繰り返して実行される。

次に、イグニッションスイッチ２８がＯＦＦ（ステップＳＴ５の判定結果が肯定判定）となると、ステップＳＴ６において、現在のペンタン不溶解分積算値Ｐｒが劣化限界値Ｐｒ０を超えているか否かを判定し、その判定結果が否定判定である場合は、エンジン１が停止した後に（ステップＳＴ７が肯定判定）、このルーチンを一旦終了する。

以上のステップＳＴ１〜ステップＳＴ７までの処理は、エンジン１が始動する毎に順次実施され、図５に示すように、エンジン１の運転時間の増大にともなってペンタン不溶解分積算値Ｐｒが増加していく。そして、エンジン１の運転時間が長くなって、ペンタン不溶解分積算値Ｐｒが劣化限界値Ｐｒ０を超えると（ステップＳＴ６の判定結果が肯定判定：Ｐｒ＞Ｐｒ０）、ステップＳＴ８において次回始動時警告フラグをＯＮにする。なお、ステップＳＴ６に用いる劣化限界値Ｐｒ０は、ペンタン不溶解分の積算値Ｐｒとオイル交換時期との関係などを考慮し、予め実験・計算等によって経験的に求めた値を設定する。

以上のようにして、次回始動時警告フラグがＯＮになった後、次回のエンジン始動時には、ステップＳＴ２の判定結果が肯定判定となるので、ステップＳＴ９においてウォーニングランプ９を点灯して、運転者等にオイル交換時期である旨の警告を発する。

ここで、ウォーニングランプ９を点灯した後においても、エンジン回転数Ｎｅ、負荷Ｔｑ、油温Ｔｅｍｐの検出（ステップＳＴ３）、及び、ペンタン不溶解分積算値Ｐｒの算出（ステップＳＴ４）は、次回始動時警告フラグがＯＦＦとなるまで、エンジン始動毎に順次繰り返して実行される。また、ウォーニングランプ９を点灯した後、エンジンオイルの交換が実施されるまでは、次回始動時警告フラグはＯＮの状態が維持される。そして、オイル交換が実施され、例えばリセットスイッチ（図示せず）が操作されたときに、次回始動時警告フラグをＯＦＦにするとともに、ペンタン不溶解分積算値Ｐｒを初期値「０」に戻す。

このような初期化が行われた後、再度、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ７の処理がエンジン始動毎に順次実行され、ステップＳＴ４で算出されるペンタン不溶解分積算値Ｐｒが運転時間の増大にともなって増加していき（図５参照）、そのペンタン不溶解分積算値Ｐｒが劣化限界値Ｐｒ０を超えた時点で、次回始動時警告フラグをＯＮにし、次回のエンジン始動時にウォーニングランプ２８を点灯する、という処理が順次繰り返される。

以上のエンジンオイル劣化判定処理によれば、エンジン回転数Ｎｅ、負荷Ｔｑ、油温Ｔｅｍｐの各パラメータ間の相互作用を考慮したペンタン不溶解分マップに基づいて、ペンタン不溶解分の積算値を求めてオイル劣化を判定しているので、エンジンオイルの劣化を精度良く判定することができ、エンジンオイルの交換時期を運転者等に適切に知らせることができる。また、ペンタン不溶解分をオイル劣化指標としているので、粘度増加・すす・酸化によるオイル劣化を１つの指標で判定することができる。さらに、ペンタン不溶解分の増加量を経時的に積算した積算値に基づいてオイルの劣化を判定しているので、アイドリング停止時のオイル劣化を反映した、より正確なオイル劣化判定を行うことができる。

−他の実施形態−
以上の例では、エンジンの運転状態のうち、エンジン回転数、負荷、油温を検出し、それらエンジン回転数、負荷、油温の各検出値に基づいてペンタン不溶解分マップを参照してペンタン不溶解分の積算値を算出しているが、これに限られることなく、エンジン回転数、負荷、油温に加えて、エンジンの冷却水温などの他のエンジン運転状態を検出し、それらエンジン回転数、負荷、油温、冷却水温を含むエンジン運転状態の検出値に基づいてペンタン不溶解分の積算値を算出するようにしてもよい。この場合、水温など他のパラメータとエンジン回転数、負荷、油温との相互作用を考慮したペンタン不溶解分マップを用いてペンタン不溶解分の積算値を算出する。

以上の例では、運転者等にオイル交換時期である旨を警告する手段として、ウォーニングランプを点灯しているが、これに限られることなく、ウォーニングランプの点滅、あるいはＬＥＤや液晶などを用いてメッセージを表示する等の他の手段によって運転者等に警告を発するようにしてもよい。

また、ペンタン不溶解分積算値Ｐｒから残存走行距離（次のオイル交換時期までの残り走行距離）を求め、その残存走行距離を、常時または使用者の要求などに応じて、アナログ方式またはディジタル方式の表示装置に表示してもよい。

以上の例では、ガソリンエンジンのエンジンオイルの劣化判定に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えばＬＰＧ（液化石油ガス）やＬＮＧ（液化天然ガス）などの他の燃料とする点火方式のエンジンのエンジンオイルの劣化判定にも適用可能であり、また、筒内直噴型エンジンのエンジンオイルの劣化判定にも適用可能である。さらに、点火方式のエンジンに限られることなく、ディーゼルエンジンなどのエンジンオイルの劣化判定にも本発明を適用することは可能である。

本発明のエンジンオイルの判定装置を適用するエンジンの一例を示す概略構成図である。 ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 ＥＣＵが実行するエンジンオイル劣化判定処理の内容を示すフローチャートである。 図３のエンジンオイル劣化判定処理で用いるペンタン不溶解分マップを示す図である。 ペンタン不溶解分の時間変化を示すグラフである。

符号の説明

１ エンジン
２ インジェクタ
３ 点火プラグ
５ スロットルバルブ
６ スロットルモータ
９ ウォーニングランプ
１８ オイルパン
２２ 油温センサ
２３ エアフローメータ
２７ クランクポジションセンサ
１００ ＥＣＵ（判定装置）

Claims (1)

1. 内燃機関を潤滑するエンジンオイルの劣化を判定するエンジンオイルの劣化判定装置であって、機関回転数、負荷、油温を含む内燃機関の運転状態を検出する検出手段と、前記内燃機関の運転状態の検出値に基づいてエンジンオイルの劣化を判定する判定処理手段とを備え、
   前記判定処理手段は、前記機関回転数、負荷、油温を含む内燃機関の運転状態をパラメータとして単位時間当たりのペンタン不溶解分の増加量を求めるためのマップであって、前記機関回転数、負荷、油温を含む複数のパラメータの相互作用を考慮したペンタン不溶解分マップを有し、前記機関回転数、負荷、油温を含む内燃機関の運転状態の検出値に基づいて前記ペンタン不溶解分マップを参照してペンタン不溶解分の増加量を算出するとともに、その算出結果を経時的に積算し、その積算値が所定値を超えたときに警告を発することを特徴とするエンジンオイルの劣化判定装置。

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