粒子濃度検出装置
【課題】検出面の汚れをより好適に軽減することのできる粒子濃度検出装置を提供する。
【解決手段】この粒子濃度検出装置は、発光部２０から液体に向けて照射された光の透過光量を受光部３０で検出する検出機構１０を備えており、検出機構１０で検出された透過光量に基づいて液体中の粒子濃度を検出する。検出機構１０に、発光部２０の発光面側に設けられた第１導光体２３と、受光部３０の受光面側に設けられた第２導光体３３と、第１導光体２３及び第２導光体３３の間に形成されて液体が流入する液室４０と、液室４０内に設けられて第１導光体２３及び第２導光体３３に対向するとともに液室４０内で揺動する第３導光体５０とを設ける。
【解決手段】この粒子濃度検出装置は、発光部２０から液体に向けて照射された光の透過光量を受光部３０で検出する検出機構１０を備えており、検出機構１０で検出された透過光量に基づいて液体中の粒子濃度を検出する。検出機構１０に、発光部２０の発光面側に設けられた第１導光体２３と、受光部３０の受光面側に設けられた第２導光体３３と、第１導光体２３及び第２導光体３３の間に形成されて液体が流入する液室４０と、液室４０内に設けられて第１導光体２３及び第２導光体３３に対向するとともに液室４０内で揺動する第３導光体５０とを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体に混入した粒子の濃度を検出する粒子濃度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば機関の潤滑油に混入した煤の濃度などといった液体中の粒子濃度を、その液体の光透過特性、具体的には同液体を透過する透過光の光量に基づいて検出する装置が知られている。この装置では、発光部から液体に向けて光を照射し、同液体を透過する透過光の光量が受光部で検出される。発光部から照射された光の一部は、液体に混入した粒子によって吸収・散乱されるため、受光部で検出される透過光量は液中粒子の量に応じたものとなる。従って、その透過光量に基づいて粒子濃度を検出することができる。
【０００３】
ここで、発光部や受光部などを備える検出機構において、検出対象の液体が接触する検出面に汚れが付着すると、検出される光量が減少して粒子濃度の検出精度が低下してしまう。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１に記載の装置では、内燃機関のオイルパン内に上記検出機構を設けるとともに、液面に浮動するフロートを同検出機構に設け、当該フロートの上下動を利用して検出機構の検出面を洗浄するようにしている。
【特許文献１】特開平８−８６７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に記載の装置では、機関始動前と機関始動後とでオイルの液面の高さが変化することを利用してフロートを上下動させるようにしている。この場合には、オイルパン内のオイル量が減少してくるとフロートの上下動範囲が狭くなり、洗浄される検出面の範囲も自ずと狭くなってしまう。こうしたオイル量減少時の不具合を解消するためには、オイル量が減少したときの液面に合わせてフロートの取り付け位置を決定するといった対策が考えられる。しかし、こうした対策を行うと、オイル量が十分にあるときには、機関始動後においてもフロートがオイルに浸漬された状態になりやすく、常に上方に浮遊した状態になるため、同フロートの上下動が困難になるという新たな不具合が発生してしまう。
【０００６】
このように従来の装置では、検出面の汚れを適切に軽減することができないときがあり、この点において更なる改良の余地を残すものとなっている。
この発明はこうした事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、検出面の汚れをより好適に軽減することのできる粒子濃度検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
請求項１に記載の発明は、発光部から液体に向けて照射された光の透過光量を受光部で検出する検出機構を備え、同検出機構で検出された前記透過光量に基づいて前記液体中の粒子濃度を検出する粒子濃度検出装置において、
前記検出機構は、前記発光部の発光面側に設けられた第１の光透過部と、前記受光部の受光面側に設けられた第２の光透過部と、前記第１の光透過部及び前記第２の光透過部の間に形成されて前記液体が流入する液室と、前記液室内に設けられて前記第１の光透過部及び前記第２の光透過部に対向するとともに同液室内で揺動する第３の光透過部とを備えることをその要旨とする。
【０００８】
同構成では、第１の光透過部及び前記第２の光透過部に対向するとともに液室内で揺動する第３の光透過部を同液室内に設けるようにしている。これにより、第１の光透過部と第３の光透過部との間の間隙や、第２の光透過部と第３の光透過部との間の間隙が、上記液室において液体が流入する流路となり、この流路を流れる液体の透過光量が受光部で検出される。そして、同構成においては、第１の光透過部及び第３の光透過部の各対向面、並びに第２の光透過部及び第３の光透過部の各対向面がそれぞれ、検出対象の液体が接触する検出面となる。
【０００９】
ここで、第３の光透過部は、検出対象である液体が流入する液室内に設けられており、上記検出機構を検出対象の液体中に浸漬させることにより、液室に液体が出入りすると同第３の光透過部は揺動される。そして、第３の光透過部と第１の光透過部とが接触した状態で同第３の光透過部が揺動すると、第１の光透過部及び第３の光透過部の各検出面が摺動されることにより、それら各検出面の汚れが掻き落とされる。同様に、第３の光透過部と第２の光透過部とが接触した状態で同第３の光透過部が揺動すると、第２の光透過部及び第３の光透過部の各検出面が摺動されることにより、それら各検出面の汚れが掻き落とされる。こうした第３の光透過部の揺動による検出面の浄化作用によって、検出機構において液体が接触する検出面の汚れが軽減され、そうした汚れの付着に起因する粒子濃度の検出精度低下を抑制することができる。
【００１０】
さらに、液面とフロートとの位置関係を考慮して検出機構を取り付ける必要のある上記従来の装置に対し、同構成の検出機構は、液中であれば任意の場所に取り付けることが可能であり、その取り付け位置の自由度は高くなっている。そのため例えば液体が貯留された容器の底面近傍に検出機構を設けることも可能であり、このように底面近傍に検出機構を設けることで、容器内の液量がある程度減少しても、第３の光透過部は揺動可能な状態に維持される。従って、同構成によれば、各検出面の汚れをより好適に軽減することができるようになる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の粒子濃度検出装置において、前記第３の光透過部は、前記発光部から発せられる光の光路方向に並設された複数の光透過部で構成されることをその要旨とする。
【００１２】
発光部から発せられる光の光路方向に対して第３の光透過部が傾斜している場合には、発光部から発光された光は、第３の光透過部の入射面で屈折された後、第３の光透過部内を進行し、同第３の光透過部から出射されるときに出射面で再度屈折されてから受光部の方向に進行する。このように第３の光透過部が傾斜している場合には、入射面と出射面とで光路がずれるようになり、こうしたずれが大きくなると受光部の受光量が変化してしまう。ここで、第３の光透過部の傾斜角が大きいほど、あるいは同第３の光透過部にあって光の進行方向における厚みが大きいほど、光路のずれ量は大きくなる。
【００１３】
この点、同構成では、第３の光透過部が、発光部から発せられる光の光路方向に並設された複数の光透過部で構成されており、これにより個々の光透過部の厚みを、第３の光透過部を単体で構成する場合と比較して小さくすることができる。また、個々の光透過部は互いに独立して傾斜することができる。従って、単体で構成された第３の光透過部と、同構成によるように第３の光透過部を構成する１つの光透過部とが、同一の傾斜角で傾いた場合の光路のずれ量を比較すると、第３の光透過部を構成する１つの光透過部の厚みは、単体で構成された第３の光透過部の厚みと比較して小さいため、第３の光透過部を構成する１つの光透過部の方が光路のずれ量は小さくなる。従って、同構成によれば、第３の光透過部が傾いたときの光路のずれ量を極力小さくすることができ、これにより第３の光透過部の傾斜が受光部の受光量に与える影響を極力抑えることができるようになる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の粒子濃度検出装置において、前記検出機構は、前記液体が貯留された貯留部の底面に固定されることをその要旨とする。
同構成によれば、貯留部が傾斜した場合でも、上記検出機構を可能な限り液中に浸漬させておくことができるようになり、そうした傾斜時においても、上記第３の光透過部による上記浄化作用を得ることができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の粒子濃度検出装置において、前記検出機構は、前記液体が貯留された貯留部の液中にステーを介して設けられることをその要旨とする。
【００１６】
同構成によっても、貯留部が傾斜した場合に、上記検出機構を可能な限り液中に浸漬させておくことができるようになり、そうした傾斜時に場合においても、上記第３の光透過部による上記浄化作用を得ることができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の粒子濃度検出装置において、前記検出機構は、内燃機関のオイルパンに取り付けられることをその要旨とする。
同構成によれば、内燃機関の潤滑油中の粒子濃度を検出することができる。また、上記第３の光透過部を、機関振動によって揺動させることも可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１実施形態）
以下、この発明にかかる粒子濃度検出装置を具体化した第１実施形態について、図１〜図４を併せ参照して説明する。
【００１９】
図１に、本実施形態における粒子濃度検出装置の構成を示す。この粒子濃度検出装置は、内燃機関の潤滑油を検査対象液とし、その潤滑油の透過光量に基づいて当該潤滑油に混入した粒子（例えば煤等）の濃度を検出するようにしている。
【００２０】
この図１に示すように、この粒子濃度検出装置は、検出機構１０や演算部６０等で構成されている。
上記検出機構１０は、内燃機関のオイルパン１００にあってその内側の底面に取り付けられている。なお、本実施形態では、同オイルパン１００が上記貯留部を構成している。また、オイルパン１００の底面にあってその外側には、上記検出機構１０を固定するハウジング１４が設けられている。そして、検出機構１０から出力される検出信号は、上記演算部６０で演算処理される。
【００２１】
図２に、検出機構１０の断面図を示す。同図２に示すように、検出機構１０の本体を構成するホルダ１１は、その外形が略角柱形状とされている。
このホルダ１１の一方端にあってその内部には、光を発する発光部２０が発光部用ホルダ２１を介して固定されており、同発光部２０の発光面の反対側には、発光部２０の入力端子を固定するとともに同発光部２０が潤滑油に浸されることを防止する発光部用キャップ２２が設けられている。この発光部用キャップ２２に設けられて、発光部２０の入力端子に接続された信号線２４は、上記ハウジング１４を介して上記演算部６０に接続されている。
【００２２】
また、ホルダ１１の他方端にあってその内部には、発光部２０からの光を受光する受光部３０が同発光部２０に対向して設けられている。この受光部３０も受光部用ホルダ３１を介してホルダ１１内に固定されている。また、受光部３０の受光面の反対側には、同受光部３０の出力端子を固定するとともに同受光部３０が潤滑油に浸されることを防止する受光部用キャップ３２が設けられている。この受光部用キャップ３２に設けられて、受光部３０の出力端子に接続された信号線３４も、上記ハウジング１４を介して上記演算部６０に接続されている。
【００２３】
上記発光部２０には、波長が６７０ｎｍの可視光を発する可視光素子と、波長が８９０ｎｍの赤外光を発する赤外光素子とが設けられている。なお、本実施形態では、それら各素子として、ＬＥＤ（発光ダイオード）が用いられている。
【００２４】
上記受光部３０には、上記可視光素子から発せられた光の光量や上記赤外光素子から発せられた光の光量に応じた信号を出力する受光素子が設けられている。なお、本実施形態では、その受光素子として、受光量が増大するほど出力電圧が高くなるフォトダイオードを用いるようにしている。
【００２５】
上記発光部２０の発光面側には、ホルダ１１に固定された第１導光体２３が設けられており、上記受光部３０の受光面側には、ホルダ１１に固定された第２導光体３３が設けられている。これら第１導光体２３及び第２導光体３３は、光の減衰率が小さい材質、例えば石英ガラス等の光透過部材で形成されている。なお、第１導光体２３は上記第１の光透過部を、第２導光体３３は上記第２の光透過部をそれぞれ構成している。
【００２６】
ホルダ１１内において、第１導光体２３と第２導光体３３との間には四角形状の空間で構成された液室４０が形成されており、その液室４０とホルダ１１の外部とは、ホルダ１１に形成された穴１２、１３を介して連通されている。そのため、ホルダ１１の外部に存在する潤滑油は、穴１２、１３を介して液室４０内に出入りし、同液室４０内は潤滑油で満たされる。
【００２７】
液室４０内には、上記第１導光体２３及び上記第２導光体３３に対向する第３導光体５０が設けられている。この第３導光体５０は、角柱形状をなしており、上記第１導光体２３と同一の材質で形成されている。また、第３導光体５０は、液室４０内において揺動することができるように、その外形形状が同液室４０の形状よりもやや小さくされている。なお、この第３導光体５０は上記第３の光透過部を構成している。
【００２８】
液室４０内においては、第１導光体２３と第３導光体５０との間の間隙や、第２導光体３３と第３導光体５０との間の間隙が、潤滑油の流入する流路４１となり、この流路４１を流れる潤滑油の透過光量が受光部３０で検出される。このように構成される検出機構１０においては、第１導光体２３及び第３導光体５０の各対向面、並びに第２導光体３３及び第３導光体５０の各対向面はそれぞれ、検出対象の潤滑油が接触する検出面となっている。すなわち、第１導光体２３において第３導光体５０に対向する面が第１検出面２３ａに、第３導光体５０において第１導光体２３に対向する面が第２検出面５０ａに、第３導光体５０において第２導光体３３に対向する面が第３検出面５０ｂに、第２導光体３３において第３導光体５０に対向する面が第４検出面３３ａになっている。
【００２９】
上記演算部６０は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心として構成されている。この演算部６０には、検出機構１０の受光部３０からの出力信号が入力され、その出力信号が演算処理されることにより潤滑油の粒子濃度が算出される。
【００３０】
次に、演算部６０によって行われる潤滑油の粒子濃度Ｃの算出について、図３を併せ参照して説明する。
一般に、内燃機関の潤滑油の場合、その劣化に伴って油中に混入する粒子の成分としては、カルボニル基、ニトロ基、ベンゼン核、硫酸塩、煤、摩耗粉などがある。こうした粒子の成分比は、潤滑油の種類、内燃機関の種類、機関の運転状態、あるいは潤滑油の劣化進行状態等によって変化する。ちなみに、カルボニル基やニトロ基は茶褐色であり、ベンゼン核、硫酸塩、煤、摩耗粉は黒色であるため、そうした粒子の成分比が異なると、潤滑油の色も異なるようになる。
【００３１】
潤滑油に入射された光は、スラッジ前駆体等といった液中の粒子に当たることなくそのまま液中を透過したり、同粒子に当たって多重散乱されながら液中を透過したりする。可視光は多重散乱される際、粒子の色によって吸収される性質がある一方、赤外光はそうした多重散乱の際に吸収されない性質がある。
【００３２】
図３に、粒子濃度はほぼ同一であって、粒子の成分比が異なる２種類の劣化油について、それら透過率の波長特性を示す。なお、透過率とは、発光部の発光量と受光部の受光量との比（受光部の受光量／発光部の発光量×１００（％））で定義される値であり、粒子濃度が高くなるほどその値は小さくなる。同図３に示されるように、粒子濃度がほぼ同一である劣化油Ａ及び劣化油Ｂについて、可視光域では劣化油Ａの透過率が劣化油Ｂの透過率よりも小さくなっている。一方、赤外光域では劣化油Ａの透過率が劣化油Ｂの透過率よりも大きくなっており、検査光の波長によって透過率の大小関係は変化することがわかる。劣化油Ａは劣化油Ｂに比べて可視光域の透過率が小さくなっていることから、吸光成分となる粒子、例えば黒色の粒子が多いと考えられる。
【００３３】
このように潤滑油中の粒子の成分比は、潤滑油内での光の散乱量や吸収量に影響を与える。従って、潤滑油に含まれる粒子の量が同じ、すなわち粒子濃度が同じであっても同粒子の成分比が異なっていれば透過光量は変化してしまう。そのため、透過光量に基づく粒子濃度の検出は、遠心分離法等による粒子濃度の測定方法と比較して、より簡易な態様で粒子濃度を検出することができるものの、そうした粒子の成分比の影響を受けやすく、検出精度の点では劣ってしまうといった問題がある。そこで、本実施形態では、上記発光部２０から発光される異なる波長の光を用いて、各波長における潤滑油の透過光量を検出し、それら各透過光量に基づいて算出される各波長での光の透過率を利用して粒子濃度を検出することにより、液中粒子の成分比に起因する粒子濃度の検出誤差を抑えるようにしている。
【００３４】
まず、発光部２０の可視光素子を発光させたときの透過率である可視光透過率Ｔ１、及び発光部２０の赤外光素子を発光させたときの透過率である赤外光透過率Ｔ２が、次式（１）及び（２）に基づいてそれぞれ算出される。
【００３５】
可視光透過率Ｔ１＝可視光透過量Ｉ１／可視光発光量Ｉｏ１×１００（％） …（１）
赤外光透過率Ｔ２＝赤外光透過量Ｉ２／赤外光発光量Ｉｏ２×１００（％） …（２）
上記可視光透過量Ｉ１は、潤滑油を透過した可視光の光量であり、受光部３０にて検出される。また、可視光発光量Ｉｏ１は、発光部２０の可視光素子の発光量であり、予め設定された値である。同様に、赤外光透過量Ｉ２は、潤滑油を透過した赤外光の光量であり、受光部３０にて検出される。また、赤外光発光量Ｉｏ２は、発光部２０の赤外光素子の発光量であり、予め設定された値である。
【００３６】
次に、ランベルト・ベールの法則を用いて、液体の透過率を光の吸収項と散乱項とで表すと、次式（３）のようになる。
Ｌｎ（１／Ｔ）＝｛ε（λ）×Ｃ×Ｌ｝＋｛Ｇ（λ）×Ｃ×Ｌ｝ …（３）
Ｌｎ：自然対数
Ｔ：液体の透過率
ε（λ）：光の波長λにおける粒子の吸光係数
Ｇ（λ）：光の波長λにおける粒子の減光係数
Ｃ：粒子濃度
Ｌ：光路長
なお、式３において、「｛ε（λ）×Ｃ×Ｌ｝」の項は吸収項であり、「｛Ｇ（λ）×Ｃ×Ｌ｝」の項は散乱項である。
【００３７】
可視光素子から潤滑油に向けて照射される可視光は、散乱成分、吸収成分、及び透過成分に分類される。従って、上記可視光透過率Ｔ１は、上記式（３）に基づき、次式（４）のように表すことができる。
【００３８】
Ｌｎ（１／Ｔ１）＝｛ε（６７０）×Ｃ×Ｌ｝＋｛Ｇ（６７０）×Ｃ×Ｌ｝ …（４）
Ｔ１：潤滑油に波長６７０ｎｍの光を照射したときの透過率
（＝可視光透過量Ｉ１／可視光発光量Ｉｏ１×１００）
ε（６７０）：光の波長６７０ｎｍにおける粒子の吸光係数
Ｇ（６７０）：光の波長６７０ｎｍにおける粒子の減光係数
一方、赤外光素子から潤滑油に向けて照射される赤外光は、散乱成分及び透過成分に分類される。従って、上記赤外光透過率Ｔ２は、上記式（３）に基づき、次式（５）のように表すことができる。
【００３９】
Ｌｎ（１／Ｔ２）＝Ｇ（８９０）×Ｃ×Ｌ …（５）
Ｔ２：潤滑油に波長８９０ｎｍの光を照射したときの透過率
（＝赤外光透過量Ｉ２／赤外光発光量Ｉｏ２×１００）
Ｇ（８９０）：光の波長８９０ｎｍにおける粒子の減光係数
次に、上記式（４）と式（５）との差を求め、粒子濃度Ｃについてまとめると次式（６）のようになる。
【００４０】
【数１】
この式（６）に示されるように、粒子濃度Ｃは、可視光透過率Ｔ１と赤外光透過率Ｔ２との比の対数に基づいて算出され、これにより、液中粒子の成分比に起因する粒子濃度Ｃの検出誤差が抑えられる。
【００４１】
ところで、検出機構１０では、第１導光体２３や第２導光体３３、あるいは第３導光体５０に潤滑油が接触する。そうした第１導光体２３の上記第１検出面２３ａや、第２導光体３３の上記第４検出面３３ａ、或いは第３導光体５０の上記第２検出面５０ａ及び第３検出面５０ｂなどに、汚れ（潤滑油中の粒子成分など）が付着すると、上記可視光透過量Ｉ１や赤外光透過量Ｉ２が減少して粒子濃度Ｃの検出精度が低下してしまう。この点、本実施形態における検出機構１０では、上記第３導光体５０が上述したような態様で設けられており、これにより各検出面に対する汚れの付着が軽減される。
【００４２】
すなわち、上記第３導光体５０は、潤滑油が流入する液室４０内において揺動可能に設けられている。そして、上記検出機構１０は、潤滑油中に浸漬されており、液室４０に潤滑油が出入りしたり、内燃機関の振動がオイルパン１００を介して伝達されたりすることで、同第３導光体５０は揺動される。
【００４３】
そして、図４（ａ）に示すように、第３導光体５０と第１導光体２３とが接触した状態で同第３導光体５０が揺動すると、第１導光体２３の第１検出面２３ａと第３導光体５０の第２検出面５０ａとが摺動されることにより、それら第１検出面２３ａや第２検出面５０ａに付着した汚れが掻き落とされる。
【００４４】
同様に、図４（ｂ）に示すように、第３導光体５０と第２導光体３３とが接触した状態で同第３導光体５０が揺動すると、第３導光体５０の第３検出面５０ｂと第２導光体３３の第４検出面３３ａとが摺動されることにより、それら第３検出面５０ｂや第４検出面３３ａに付着した汚れが掻き落とされる。
【００４５】
こうした第３導光体５０の揺動による各検出面の浄化作用によって、検出機構１０において潤滑油が接触する第１〜第４検出面２３ａ、５０ａ、５０ｂ、３３ａの汚れが軽減され、そうした汚れの付着に起因する粒子濃度Ｃの検出精度低下が抑制される。
【００４６】
また、前述した従来の装置では、液面とフロートとの位置関係を考慮して検出機構を取り付ける必要があるが、本実施形態の上記検出機構１０は、潤滑油中であれば任意の場所に取り付けることが可能であり、その取り付け位置の自由度は高くなっている。そのため、上述したように、潤滑油が貯留された上記オイルパン１００の底面に検出機構１０を設けることも可能であり、このようにオイルパン１００の底面に検出機構１０を設けることで、オイルパン１００内の潤滑油量がある程度減少しても、第３導光体５０は液室４０内において揺動可能な状態に維持される。従って、潤滑油が接触する各検出面（第１〜第４検出面２３ａ、５０ａ、５０ｂ、３３ａ）の汚れを、従来の装置よりも軽減することができる。
【００４７】
さらに、オイルパン１００の底面に検出機構１０を固定するようにしているため、オイルパン１００が傾斜して油面が傾いた場合でも、同検出機構１０を可能限り潤滑油中に浸漬させておくことができる。そのため、オイルパン１００が傾斜したときでも、第３導光体５０による上記浄化作用を得ることができる。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）検出機構１０に、発光部２０の発光面側に設けられた第１導光体２３と、受光部３０の受光面側に設けられた第２導光体３３と、第１導光体２３及び第２導光体３３の間に形成されて潤滑油が流入する液室４０とを設けるようにしている。さらに、液室４０内に設けられて第１導光体２３及び第２導光体３３に対向するとともに同液室４０内で揺動する第３導光体５０も設けるようにしている。これにより、第３導光体５０が、液室４０内に出入りする潤滑油や機関振動によって揺動されると、第１導光体２３の第１検出面２３ａと第３導光体５０の第２検出面５０ａとが摺動されて、それら各検出面の汚れが掻き落とされる。同様に、第２導光体３３の第４検出面３３ａと第３導光体５０の第３検出面５０ｂとが摺動されて、それら各検出面の汚れが掻き落とされる。こうした第３導光体５０の揺動による各検出面の浄化作用によって、検出機構１０において潤滑油が接触する第１〜第４検出面２３ａ、５０ａ、５０ｂ、３３ａの汚れが軽減され、そうした汚れの付着に起因する粒子濃度Ｃの検出精度低下を抑制することができるようになる。
【００４９】
さらに、液面とフロートとの位置関係を考慮して検出機構を取り付ける必要のある上記従来の装置に対し、本実施形態の検出機構１０は、潤滑油中であれば任意の場所に取り付けることが可能であり、その取り付け位置の自由度は高くなっている。そのため潤滑油が貯留されたオイルパン１００の底面近傍に検出機構を設けることも可能であり、実際にオイルパン１００の底面に検出機構１０を設けることで、オイルパン１００内の潤滑油量がある程度減少しても、第３導光体５０は揺動可能な状態に維持される。従って、第１〜第４検出面２３ａ、５０ａ、５０ｂ、３３ａの汚れをより好適に軽減することができるようになる。
【００５０】
（２）上記検出機構１０を、潤滑油が貯留されたオイルパン１００の底面に固定するようにしている。これによりオイルパン１００が傾斜した場合でも、上記検出機構１０を可能な限り潤滑油中に浸漬させておくことができるようになり、そうした傾斜時においても、上記第３導光体５０による上記浄化作用を得ることができる。
【００５１】
（３）上記検出機構１０を、内燃機関のオイルパン１００に取り付けるようにしている。そのため、内燃機関の潤滑油中の粒子濃度を検出することができる。また、第３導光体５０を機関振動によって揺動させることも可能になる。
（第２実施形態）
次に、本発明にかかる粒子濃度検出装置を具体化した第２実施形態について、図５〜図７を併せ参照して説明する。
【００５２】
第１実施形態では、第３導光体５０が単体で構成されていた。一方、本実施形態における第３導光体８０は、図５に示すように、上記第３導光体５０が、発光部２０から発せられる光の光路方向に分割された複数の導光体、より詳細には発光部２０から発せられる光の光路方向に並設された複数の導光体８１で構成されている。この導光体８１も、第１実施形態の第３導光体５０と同一の材質で形成されており、その形状は角柱形状とされている。また、上記第３導光体５０と同様に、液室４０内において揺動することができるように、その外形形状は液室４０の形状よりも小さくされている。
【００５３】
このように上記第３導光体８０を分割体で構成することにより、次の作用効果が得られる。
すなわち、図６に二点鎖線にて示すように、発光部２０から受光部３０に向けて発せられる光の光路方向に対し、第３導光体５０が傾斜しておらず、光の進行方向に対して第２検出面５０ａ及び第３検出面５０ｂがともに直交している場合には、発光部２０から発光された光は、第３導光体５０の透過時に屈折されることなく受光部３０に到達する。
【００５４】
一方、同図６に実線にて示すように、発光部２０から受光部３０に向けて発せられる光の光路方向に対し、第３導光体５０が傾斜している場合には、発光部２０から発光された光は、潤滑油と第３導光体５０との境界面（第２検出面５０ａ）で屈折された後、第３導光体５０内を透過する。そして、第３導光体５０から潤滑油中に出るときにも、第３導光体５０と潤滑油との境界面（第３検出面５０ｂ）で再度屈折されて受光部３０の方向に進行する。
【００５５】
このように第３導光体５０が傾斜している場合には、同第３導光体５０にあって光が入射する点（図６に示すｉｎ点）と光が出る点（図６に示すｏｕｔ点）とで光路がずれるようになり、こうしたずれが大きくなると受光部３０の受光量（透過光量）が変化してしまう。こうした光路のずれ量Ｚは、次式（７）で示される。
【００５６】
ずれ量Ｚ＝導光体内の光路長Ｌ・ｓｉｎα …（７）
なお、導光体内の光路長Ｌとは、上記ｉｎ点とｏｕｔ点との２点間距離のことであり、例えば第３導光体５０にあっては、その内部を透過する光の透過距離のことである。また、「α」とは、第２検出面５０ａで屈折されることなく第３導光体５０内を透過する光の進行方向を基準に、同第２検出面５０ａで屈折された光の屈曲角を示す値である。また、この屈曲角αは、第３導光体５０の傾斜角にも一致する。
【００５７】
上記式（７）に示されるように、第３導光体５０の傾斜角αが大きいほど、ずれ量Ｚは大きくなる。また、第３導光体５０内の光路長Ｌが長いほど、ずれ量Ｚは大きくなる。ここで、第３導光体５０内の光路長Ｌは、同第３導光体５０にあって光の進行方向における厚みが大きいほど、長くなるため、そうした厚みが大きくなるほど、ずれ量Ｚは大きくなる。
【００５８】
この点、本実施形態では、第３導光体８０を複数の導光体８１で構成するようにしており、これにより個々の導光体８１の厚みを、単体で構成された上記第３導光体５０と比較して小さくすることができる。また、個々の導光体８１は互いに独立して傾斜可能である。従って、単体で構成された上記第３導光体５０と、本実施形態において第３導光体８０を構成する１つの導光体８１とが、例えば同一の傾斜角で傾いた場合の光路のずれ量Ｚを比較すると、次のようになる、
すなわち、図７や先の図５に示すように、第３導光体８０を構成する個々の導光体８１の厚みは、単体で構成された第３導光体５０の厚みと比較して小さいため、導光体内の上記光路長Ｌ（ｉｎ点とｏｕｔ点との２点間距離）も短くなる。従って、上記式（７）からも分かるように、第３導光体８０を構成する１つの導光体８１の方が光路のずれ量Ｚは小さくなる。
【００５９】
従って、本実施形態によれば、第３導光体８０を構成する導光体８１が傾いたときの光路のずれ量Ｚを極力小さくすることができ、これにより第３導光体８０の傾斜が受光部３０の受光量に与える影響を極力抑えることができるようになる。
【００６０】
ちなみに、本実施形態において第３導光体８０を構成する各導光体８１も液室４０内を揺動可能であり、これにより上記第１実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
なお、上記各実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
【００６１】
・検出機構１０をオイルパン１００の底面に固定するようにしたが、オイルパン１００の潤滑油中にステーを介して設けるようにしてもよい。例えば図８に示すように、一端がオイルパン１００の側面に固定されており、他端が同オイルパン１００の底面近傍に浸漬されたステー２００を設け、このステー２００の上記他端に検出機構１０を固定するようにしてもよい。この変形例においても、オイルパン１００が傾斜した場合、上記検出機構１０を可能な限り潤滑油中に浸漬させておくことができるようになり、そうした傾斜時においても、上記第３導光体５０による上記浄化作用を得ることができる。なお、この変形例においては、機関振動がステー２００で増大されて検出機構１０に伝達されることにより、第３導光体はさらに揺動されやすくなり、上記浄化作用が向上するようになる。
【００６２】
・第１実施形態では２つの異なる波長の光を用いるようにしたが、３つ以上の異なる波長の光を用いるようにしてもよい。この場合には、例えば次のような態様で粒子濃度を検出することもできる。まず、Ａ、Ｂ、及びＣといった３つの波長の光を用いてそれぞれの波長における透過光量を計測し、その計測される各透過光量から各波長毎の透過率を求める。そして、第１実施形態と同様な態様にて、Ａ及びＢの波長の光に対応する透過率の比から粒子濃度Ｃ１を求めるとともに、Ａ及びＣの波長の光に対応する透過率の比から粒子濃度Ｃ２を求める。そして、粒子濃度Ｃ１及び粒子濃度Ｃ２の平均値を最終的な粒子濃度Ｃとするようにしてもよい。
【００６３】
・波長が６７０ｎｍの可視光及び波長が８９０ｎｍの赤外光を発光部２０から発光させるようにしたが、第１実施形態で説明した検出態様にて粒子濃度を検出する際に、液中粒子の成分比に起因する検出誤差を抑えることができるのであれば、他の波長の光を用いるようにしてもよい。
【００６４】
・１つの発光部２０内に可視光素子と赤外光素子とを設けるようにしたが、可視光素子を備える発光部と赤外光素子を備える発光部とを設け、各発光部からの光を上記受光部３０で受光するようにしてもよい。また、可視光素子を備える可視光発光部と同可視光発光部からの光を受光する可視光受光部、並びに赤外光素子を備える赤外光発光部と同赤外光発光部からの光を受光する赤外光受光部とをそれぞれ設けるようにしてもよい。
【００６５】
・異なる波長の光を発光部２０から発光させ、上記式（６）に基づいて粒子濃度Ｃを検出するようにした。この他、１種類の光を発光部２０から発光させ、その光の透過率に基づいて粒子濃度Ｃを検出するようにしてもよい。この場合には、液中粒子の成分比に起因する粒子濃度Ｃの検出誤差を抑えることはできないが、より簡易な態様で粒子濃度Ｃを検出することができるようになる。
【００６６】
・第３導光体５０や導光体８１の形状は角柱形状に限られるものではなく、その形状は適宜変更することができる。
・上記実施形態では内燃機関の潤滑油の粒子濃度を検出するようにしたが、他の液体の粒子濃度を検出する検出装置にも本発明は同様に適用することができる。
【００６７】
・検出機構１０を内燃機関のオイルパン１００に設けるようにしたが、この他、液中の粒子濃度を検出する試験装置に同検出機構１０を設けるようにしてもよい。この場合でも、貯留部に貯留された検出対象液に検出機構１０を浸漬させて、同検出対象液を流動させることにより第３導光体を揺動させることができ、上記浄化作用を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の粒子濃度検出装置についてその第１実施形態における構成を示す概略図。
【図２】同実施形態における検出機構の断面図。
【図３】粒子の成分比が異なる２種類の劣化油について、それら透過率の波長特性を示すグラフ。
【図４】（ａ）は、第１導光体及び第３導光体の各検出面の浄化態様を示す断面図。（ｂ）は、第２導光体及び第３導光体の各検出面の浄化態様を示す断面図。
【図５】第２実施形態における検出機構の断面図。
【図６】第１実施形態の第３導光体が傾斜したときの光路のずれを示す模式図。
【図７】第２実施形態の第３導光体が傾斜したときの光路のずれを示す模式図。
【図８】第１実施形態の変形例における粒子濃度検出装置の構成を示す概略図。
【符号の説明】
【００６９】
１０…検出機構、１１…ホルダ、１２、１３…穴、１４…ハウジング、２０…発光部、２１…発光部用ホルダ、２２…発光部用キャップ、２３…第１導光体、２３ａ…第１検出面、２４…信号線、３０…受光部、３１…受光部用ホルダ、３２…受光部用キャップ、３３…第２導光体、３３ａ…第４検出面、３４…信号線、４０…液室、４１…流路、５０…第３導光体、５０ａ…第２検出面、５０ｂ…第３検出面、６０…演算部、８０…第３導光体、８１…導光体、１００…オイルパン、２００…ステー。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体に混入した粒子の濃度を検出する粒子濃度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば機関の潤滑油に混入した煤の濃度などといった液体中の粒子濃度を、その液体の光透過特性、具体的には同液体を透過する透過光の光量に基づいて検出する装置が知られている。この装置では、発光部から液体に向けて光を照射し、同液体を透過する透過光の光量が受光部で検出される。発光部から照射された光の一部は、液体に混入した粒子によって吸収・散乱されるため、受光部で検出される透過光量は液中粒子の量に応じたものとなる。従って、その透過光量に基づいて粒子濃度を検出することができる。
【０００３】
ここで、発光部や受光部などを備える検出機構において、検出対象の液体が接触する検出面に汚れが付着すると、検出される光量が減少して粒子濃度の検出精度が低下してしまう。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１に記載の装置では、内燃機関のオイルパン内に上記検出機構を設けるとともに、液面に浮動するフロートを同検出機構に設け、当該フロートの上下動を利用して検出機構の検出面を洗浄するようにしている。
【特許文献１】特開平８−８６７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に記載の装置では、機関始動前と機関始動後とでオイルの液面の高さが変化することを利用してフロートを上下動させるようにしている。この場合には、オイルパン内のオイル量が減少してくるとフロートの上下動範囲が狭くなり、洗浄される検出面の範囲も自ずと狭くなってしまう。こうしたオイル量減少時の不具合を解消するためには、オイル量が減少したときの液面に合わせてフロートの取り付け位置を決定するといった対策が考えられる。しかし、こうした対策を行うと、オイル量が十分にあるときには、機関始動後においてもフロートがオイルに浸漬された状態になりやすく、常に上方に浮遊した状態になるため、同フロートの上下動が困難になるという新たな不具合が発生してしまう。
【０００６】
このように従来の装置では、検出面の汚れを適切に軽減することができないときがあり、この点において更なる改良の余地を残すものとなっている。
この発明はこうした事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、検出面の汚れをより好適に軽減することのできる粒子濃度検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
請求項１に記載の発明は、発光部から液体に向けて照射された光の透過光量を受光部で検出する検出機構を備え、同検出機構で検出された前記透過光量に基づいて前記液体中の粒子濃度を検出する粒子濃度検出装置において、
前記検出機構は、前記発光部の発光面側に設けられた第１の光透過部と、前記受光部の受光面側に設けられた第２の光透過部と、前記第１の光透過部及び前記第２の光透過部の間に形成されて前記液体が流入する液室と、前記液室内に設けられて前記第１の光透過部及び前記第２の光透過部に対向するとともに同液室内で揺動する第３の光透過部とを備えることをその要旨とする。
【０００８】
同構成では、第１の光透過部及び前記第２の光透過部に対向するとともに液室内で揺動する第３の光透過部を同液室内に設けるようにしている。これにより、第１の光透過部と第３の光透過部との間の間隙や、第２の光透過部と第３の光透過部との間の間隙が、上記液室において液体が流入する流路となり、この流路を流れる液体の透過光量が受光部で検出される。そして、同構成においては、第１の光透過部及び第３の光透過部の各対向面、並びに第２の光透過部及び第３の光透過部の各対向面がそれぞれ、検出対象の液体が接触する検出面となる。
【０００９】
ここで、第３の光透過部は、検出対象である液体が流入する液室内に設けられており、上記検出機構を検出対象の液体中に浸漬させることにより、液室に液体が出入りすると同第３の光透過部は揺動される。そして、第３の光透過部と第１の光透過部とが接触した状態で同第３の光透過部が揺動すると、第１の光透過部及び第３の光透過部の各検出面が摺動されることにより、それら各検出面の汚れが掻き落とされる。同様に、第３の光透過部と第２の光透過部とが接触した状態で同第３の光透過部が揺動すると、第２の光透過部及び第３の光透過部の各検出面が摺動されることにより、それら各検出面の汚れが掻き落とされる。こうした第３の光透過部の揺動による検出面の浄化作用によって、検出機構において液体が接触する検出面の汚れが軽減され、そうした汚れの付着に起因する粒子濃度の検出精度低下を抑制することができる。
【００１０】
さらに、液面とフロートとの位置関係を考慮して検出機構を取り付ける必要のある上記従来の装置に対し、同構成の検出機構は、液中であれば任意の場所に取り付けることが可能であり、その取り付け位置の自由度は高くなっている。そのため例えば液体が貯留された容器の底面近傍に検出機構を設けることも可能であり、このように底面近傍に検出機構を設けることで、容器内の液量がある程度減少しても、第３の光透過部は揺動可能な状態に維持される。従って、同構成によれば、各検出面の汚れをより好適に軽減することができるようになる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の粒子濃度検出装置において、前記第３の光透過部は、前記発光部から発せられる光の光路方向に並設された複数の光透過部で構成されることをその要旨とする。
【００１２】
発光部から発せられる光の光路方向に対して第３の光透過部が傾斜している場合には、発光部から発光された光は、第３の光透過部の入射面で屈折された後、第３の光透過部内を進行し、同第３の光透過部から出射されるときに出射面で再度屈折されてから受光部の方向に進行する。このように第３の光透過部が傾斜している場合には、入射面と出射面とで光路がずれるようになり、こうしたずれが大きくなると受光部の受光量が変化してしまう。ここで、第３の光透過部の傾斜角が大きいほど、あるいは同第３の光透過部にあって光の進行方向における厚みが大きいほど、光路のずれ量は大きくなる。
【００１３】
この点、同構成では、第３の光透過部が、発光部から発せられる光の光路方向に並設された複数の光透過部で構成されており、これにより個々の光透過部の厚みを、第３の光透過部を単体で構成する場合と比較して小さくすることができる。また、個々の光透過部は互いに独立して傾斜することができる。従って、単体で構成された第３の光透過部と、同構成によるように第３の光透過部を構成する１つの光透過部とが、同一の傾斜角で傾いた場合の光路のずれ量を比較すると、第３の光透過部を構成する１つの光透過部の厚みは、単体で構成された第３の光透過部の厚みと比較して小さいため、第３の光透過部を構成する１つの光透過部の方が光路のずれ量は小さくなる。従って、同構成によれば、第３の光透過部が傾いたときの光路のずれ量を極力小さくすることができ、これにより第３の光透過部の傾斜が受光部の受光量に与える影響を極力抑えることができるようになる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の粒子濃度検出装置において、前記検出機構は、前記液体が貯留された貯留部の底面に固定されることをその要旨とする。
同構成によれば、貯留部が傾斜した場合でも、上記検出機構を可能な限り液中に浸漬させておくことができるようになり、そうした傾斜時においても、上記第３の光透過部による上記浄化作用を得ることができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の粒子濃度検出装置において、前記検出機構は、前記液体が貯留された貯留部の液中にステーを介して設けられることをその要旨とする。
【００１６】
同構成によっても、貯留部が傾斜した場合に、上記検出機構を可能な限り液中に浸漬させておくことができるようになり、そうした傾斜時に場合においても、上記第３の光透過部による上記浄化作用を得ることができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の粒子濃度検出装置において、前記検出機構は、内燃機関のオイルパンに取り付けられることをその要旨とする。
同構成によれば、内燃機関の潤滑油中の粒子濃度を検出することができる。また、上記第３の光透過部を、機関振動によって揺動させることも可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１実施形態）
以下、この発明にかかる粒子濃度検出装置を具体化した第１実施形態について、図１〜図４を併せ参照して説明する。
【００１９】
図１に、本実施形態における粒子濃度検出装置の構成を示す。この粒子濃度検出装置は、内燃機関の潤滑油を検査対象液とし、その潤滑油の透過光量に基づいて当該潤滑油に混入した粒子（例えば煤等）の濃度を検出するようにしている。
【００２０】
この図１に示すように、この粒子濃度検出装置は、検出機構１０や演算部６０等で構成されている。
上記検出機構１０は、内燃機関のオイルパン１００にあってその内側の底面に取り付けられている。なお、本実施形態では、同オイルパン１００が上記貯留部を構成している。また、オイルパン１００の底面にあってその外側には、上記検出機構１０を固定するハウジング１４が設けられている。そして、検出機構１０から出力される検出信号は、上記演算部６０で演算処理される。
【００２１】
図２に、検出機構１０の断面図を示す。同図２に示すように、検出機構１０の本体を構成するホルダ１１は、その外形が略角柱形状とされている。
このホルダ１１の一方端にあってその内部には、光を発する発光部２０が発光部用ホルダ２１を介して固定されており、同発光部２０の発光面の反対側には、発光部２０の入力端子を固定するとともに同発光部２０が潤滑油に浸されることを防止する発光部用キャップ２２が設けられている。この発光部用キャップ２２に設けられて、発光部２０の入力端子に接続された信号線２４は、上記ハウジング１４を介して上記演算部６０に接続されている。
【００２２】
また、ホルダ１１の他方端にあってその内部には、発光部２０からの光を受光する受光部３０が同発光部２０に対向して設けられている。この受光部３０も受光部用ホルダ３１を介してホルダ１１内に固定されている。また、受光部３０の受光面の反対側には、同受光部３０の出力端子を固定するとともに同受光部３０が潤滑油に浸されることを防止する受光部用キャップ３２が設けられている。この受光部用キャップ３２に設けられて、受光部３０の出力端子に接続された信号線３４も、上記ハウジング１４を介して上記演算部６０に接続されている。
【００２３】
上記発光部２０には、波長が６７０ｎｍの可視光を発する可視光素子と、波長が８９０ｎｍの赤外光を発する赤外光素子とが設けられている。なお、本実施形態では、それら各素子として、ＬＥＤ（発光ダイオード）が用いられている。
【００２４】
上記受光部３０には、上記可視光素子から発せられた光の光量や上記赤外光素子から発せられた光の光量に応じた信号を出力する受光素子が設けられている。なお、本実施形態では、その受光素子として、受光量が増大するほど出力電圧が高くなるフォトダイオードを用いるようにしている。
【００２５】
上記発光部２０の発光面側には、ホルダ１１に固定された第１導光体２３が設けられており、上記受光部３０の受光面側には、ホルダ１１に固定された第２導光体３３が設けられている。これら第１導光体２３及び第２導光体３３は、光の減衰率が小さい材質、例えば石英ガラス等の光透過部材で形成されている。なお、第１導光体２３は上記第１の光透過部を、第２導光体３３は上記第２の光透過部をそれぞれ構成している。
【００２６】
ホルダ１１内において、第１導光体２３と第２導光体３３との間には四角形状の空間で構成された液室４０が形成されており、その液室４０とホルダ１１の外部とは、ホルダ１１に形成された穴１２、１３を介して連通されている。そのため、ホルダ１１の外部に存在する潤滑油は、穴１２、１３を介して液室４０内に出入りし、同液室４０内は潤滑油で満たされる。
【００２７】
液室４０内には、上記第１導光体２３及び上記第２導光体３３に対向する第３導光体５０が設けられている。この第３導光体５０は、角柱形状をなしており、上記第１導光体２３と同一の材質で形成されている。また、第３導光体５０は、液室４０内において揺動することができるように、その外形形状が同液室４０の形状よりもやや小さくされている。なお、この第３導光体５０は上記第３の光透過部を構成している。
【００２８】
液室４０内においては、第１導光体２３と第３導光体５０との間の間隙や、第２導光体３３と第３導光体５０との間の間隙が、潤滑油の流入する流路４１となり、この流路４１を流れる潤滑油の透過光量が受光部３０で検出される。このように構成される検出機構１０においては、第１導光体２３及び第３導光体５０の各対向面、並びに第２導光体３３及び第３導光体５０の各対向面はそれぞれ、検出対象の潤滑油が接触する検出面となっている。すなわち、第１導光体２３において第３導光体５０に対向する面が第１検出面２３ａに、第３導光体５０において第１導光体２３に対向する面が第２検出面５０ａに、第３導光体５０において第２導光体３３に対向する面が第３検出面５０ｂに、第２導光体３３において第３導光体５０に対向する面が第４検出面３３ａになっている。
【００２９】
上記演算部６０は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心として構成されている。この演算部６０には、検出機構１０の受光部３０からの出力信号が入力され、その出力信号が演算処理されることにより潤滑油の粒子濃度が算出される。
【００３０】
次に、演算部６０によって行われる潤滑油の粒子濃度Ｃの算出について、図３を併せ参照して説明する。
一般に、内燃機関の潤滑油の場合、その劣化に伴って油中に混入する粒子の成分としては、カルボニル基、ニトロ基、ベンゼン核、硫酸塩、煤、摩耗粉などがある。こうした粒子の成分比は、潤滑油の種類、内燃機関の種類、機関の運転状態、あるいは潤滑油の劣化進行状態等によって変化する。ちなみに、カルボニル基やニトロ基は茶褐色であり、ベンゼン核、硫酸塩、煤、摩耗粉は黒色であるため、そうした粒子の成分比が異なると、潤滑油の色も異なるようになる。
【００３１】
潤滑油に入射された光は、スラッジ前駆体等といった液中の粒子に当たることなくそのまま液中を透過したり、同粒子に当たって多重散乱されながら液中を透過したりする。可視光は多重散乱される際、粒子の色によって吸収される性質がある一方、赤外光はそうした多重散乱の際に吸収されない性質がある。
【００３２】
図３に、粒子濃度はほぼ同一であって、粒子の成分比が異なる２種類の劣化油について、それら透過率の波長特性を示す。なお、透過率とは、発光部の発光量と受光部の受光量との比（受光部の受光量／発光部の発光量×１００（％））で定義される値であり、粒子濃度が高くなるほどその値は小さくなる。同図３に示されるように、粒子濃度がほぼ同一である劣化油Ａ及び劣化油Ｂについて、可視光域では劣化油Ａの透過率が劣化油Ｂの透過率よりも小さくなっている。一方、赤外光域では劣化油Ａの透過率が劣化油Ｂの透過率よりも大きくなっており、検査光の波長によって透過率の大小関係は変化することがわかる。劣化油Ａは劣化油Ｂに比べて可視光域の透過率が小さくなっていることから、吸光成分となる粒子、例えば黒色の粒子が多いと考えられる。
【００３３】
このように潤滑油中の粒子の成分比は、潤滑油内での光の散乱量や吸収量に影響を与える。従って、潤滑油に含まれる粒子の量が同じ、すなわち粒子濃度が同じであっても同粒子の成分比が異なっていれば透過光量は変化してしまう。そのため、透過光量に基づく粒子濃度の検出は、遠心分離法等による粒子濃度の測定方法と比較して、より簡易な態様で粒子濃度を検出することができるものの、そうした粒子の成分比の影響を受けやすく、検出精度の点では劣ってしまうといった問題がある。そこで、本実施形態では、上記発光部２０から発光される異なる波長の光を用いて、各波長における潤滑油の透過光量を検出し、それら各透過光量に基づいて算出される各波長での光の透過率を利用して粒子濃度を検出することにより、液中粒子の成分比に起因する粒子濃度の検出誤差を抑えるようにしている。
【００３４】
まず、発光部２０の可視光素子を発光させたときの透過率である可視光透過率Ｔ１、及び発光部２０の赤外光素子を発光させたときの透過率である赤外光透過率Ｔ２が、次式（１）及び（２）に基づいてそれぞれ算出される。
【００３５】
可視光透過率Ｔ１＝可視光透過量Ｉ１／可視光発光量Ｉｏ１×１００（％） …（１）
赤外光透過率Ｔ２＝赤外光透過量Ｉ２／赤外光発光量Ｉｏ２×１００（％） …（２）
上記可視光透過量Ｉ１は、潤滑油を透過した可視光の光量であり、受光部３０にて検出される。また、可視光発光量Ｉｏ１は、発光部２０の可視光素子の発光量であり、予め設定された値である。同様に、赤外光透過量Ｉ２は、潤滑油を透過した赤外光の光量であり、受光部３０にて検出される。また、赤外光発光量Ｉｏ２は、発光部２０の赤外光素子の発光量であり、予め設定された値である。
【００３６】
次に、ランベルト・ベールの法則を用いて、液体の透過率を光の吸収項と散乱項とで表すと、次式（３）のようになる。
Ｌｎ（１／Ｔ）＝｛ε（λ）×Ｃ×Ｌ｝＋｛Ｇ（λ）×Ｃ×Ｌ｝ …（３）
Ｌｎ：自然対数
Ｔ：液体の透過率
ε（λ）：光の波長λにおける粒子の吸光係数
Ｇ（λ）：光の波長λにおける粒子の減光係数
Ｃ：粒子濃度
Ｌ：光路長
なお、式３において、「｛ε（λ）×Ｃ×Ｌ｝」の項は吸収項であり、「｛Ｇ（λ）×Ｃ×Ｌ｝」の項は散乱項である。
【００３７】
可視光素子から潤滑油に向けて照射される可視光は、散乱成分、吸収成分、及び透過成分に分類される。従って、上記可視光透過率Ｔ１は、上記式（３）に基づき、次式（４）のように表すことができる。
【００３８】
Ｌｎ（１／Ｔ１）＝｛ε（６７０）×Ｃ×Ｌ｝＋｛Ｇ（６７０）×Ｃ×Ｌ｝ …（４）
Ｔ１：潤滑油に波長６７０ｎｍの光を照射したときの透過率
（＝可視光透過量Ｉ１／可視光発光量Ｉｏ１×１００）
ε（６７０）：光の波長６７０ｎｍにおける粒子の吸光係数
Ｇ（６７０）：光の波長６７０ｎｍにおける粒子の減光係数
一方、赤外光素子から潤滑油に向けて照射される赤外光は、散乱成分及び透過成分に分類される。従って、上記赤外光透過率Ｔ２は、上記式（３）に基づき、次式（５）のように表すことができる。
【００３９】
Ｌｎ（１／Ｔ２）＝Ｇ（８９０）×Ｃ×Ｌ …（５）
Ｔ２：潤滑油に波長８９０ｎｍの光を照射したときの透過率
（＝赤外光透過量Ｉ２／赤外光発光量Ｉｏ２×１００）
Ｇ（８９０）：光の波長８９０ｎｍにおける粒子の減光係数
次に、上記式（４）と式（５）との差を求め、粒子濃度Ｃについてまとめると次式（６）のようになる。
【００４０】
【数１】
この式（６）に示されるように、粒子濃度Ｃは、可視光透過率Ｔ１と赤外光透過率Ｔ２との比の対数に基づいて算出され、これにより、液中粒子の成分比に起因する粒子濃度Ｃの検出誤差が抑えられる。
【００４１】
ところで、検出機構１０では、第１導光体２３や第２導光体３３、あるいは第３導光体５０に潤滑油が接触する。そうした第１導光体２３の上記第１検出面２３ａや、第２導光体３３の上記第４検出面３３ａ、或いは第３導光体５０の上記第２検出面５０ａ及び第３検出面５０ｂなどに、汚れ（潤滑油中の粒子成分など）が付着すると、上記可視光透過量Ｉ１や赤外光透過量Ｉ２が減少して粒子濃度Ｃの検出精度が低下してしまう。この点、本実施形態における検出機構１０では、上記第３導光体５０が上述したような態様で設けられており、これにより各検出面に対する汚れの付着が軽減される。
【００４２】
すなわち、上記第３導光体５０は、潤滑油が流入する液室４０内において揺動可能に設けられている。そして、上記検出機構１０は、潤滑油中に浸漬されており、液室４０に潤滑油が出入りしたり、内燃機関の振動がオイルパン１００を介して伝達されたりすることで、同第３導光体５０は揺動される。
【００４３】
そして、図４（ａ）に示すように、第３導光体５０と第１導光体２３とが接触した状態で同第３導光体５０が揺動すると、第１導光体２３の第１検出面２３ａと第３導光体５０の第２検出面５０ａとが摺動されることにより、それら第１検出面２３ａや第２検出面５０ａに付着した汚れが掻き落とされる。
【００４４】
同様に、図４（ｂ）に示すように、第３導光体５０と第２導光体３３とが接触した状態で同第３導光体５０が揺動すると、第３導光体５０の第３検出面５０ｂと第２導光体３３の第４検出面３３ａとが摺動されることにより、それら第３検出面５０ｂや第４検出面３３ａに付着した汚れが掻き落とされる。
【００４５】
こうした第３導光体５０の揺動による各検出面の浄化作用によって、検出機構１０において潤滑油が接触する第１〜第４検出面２３ａ、５０ａ、５０ｂ、３３ａの汚れが軽減され、そうした汚れの付着に起因する粒子濃度Ｃの検出精度低下が抑制される。
【００４６】
また、前述した従来の装置では、液面とフロートとの位置関係を考慮して検出機構を取り付ける必要があるが、本実施形態の上記検出機構１０は、潤滑油中であれば任意の場所に取り付けることが可能であり、その取り付け位置の自由度は高くなっている。そのため、上述したように、潤滑油が貯留された上記オイルパン１００の底面に検出機構１０を設けることも可能であり、このようにオイルパン１００の底面に検出機構１０を設けることで、オイルパン１００内の潤滑油量がある程度減少しても、第３導光体５０は液室４０内において揺動可能な状態に維持される。従って、潤滑油が接触する各検出面（第１〜第４検出面２３ａ、５０ａ、５０ｂ、３３ａ）の汚れを、従来の装置よりも軽減することができる。
【００４７】
さらに、オイルパン１００の底面に検出機構１０を固定するようにしているため、オイルパン１００が傾斜して油面が傾いた場合でも、同検出機構１０を可能限り潤滑油中に浸漬させておくことができる。そのため、オイルパン１００が傾斜したときでも、第３導光体５０による上記浄化作用を得ることができる。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）検出機構１０に、発光部２０の発光面側に設けられた第１導光体２３と、受光部３０の受光面側に設けられた第２導光体３３と、第１導光体２３及び第２導光体３３の間に形成されて潤滑油が流入する液室４０とを設けるようにしている。さらに、液室４０内に設けられて第１導光体２３及び第２導光体３３に対向するとともに同液室４０内で揺動する第３導光体５０も設けるようにしている。これにより、第３導光体５０が、液室４０内に出入りする潤滑油や機関振動によって揺動されると、第１導光体２３の第１検出面２３ａと第３導光体５０の第２検出面５０ａとが摺動されて、それら各検出面の汚れが掻き落とされる。同様に、第２導光体３３の第４検出面３３ａと第３導光体５０の第３検出面５０ｂとが摺動されて、それら各検出面の汚れが掻き落とされる。こうした第３導光体５０の揺動による各検出面の浄化作用によって、検出機構１０において潤滑油が接触する第１〜第４検出面２３ａ、５０ａ、５０ｂ、３３ａの汚れが軽減され、そうした汚れの付着に起因する粒子濃度Ｃの検出精度低下を抑制することができるようになる。
【００４９】
さらに、液面とフロートとの位置関係を考慮して検出機構を取り付ける必要のある上記従来の装置に対し、本実施形態の検出機構１０は、潤滑油中であれば任意の場所に取り付けることが可能であり、その取り付け位置の自由度は高くなっている。そのため潤滑油が貯留されたオイルパン１００の底面近傍に検出機構を設けることも可能であり、実際にオイルパン１００の底面に検出機構１０を設けることで、オイルパン１００内の潤滑油量がある程度減少しても、第３導光体５０は揺動可能な状態に維持される。従って、第１〜第４検出面２３ａ、５０ａ、５０ｂ、３３ａの汚れをより好適に軽減することができるようになる。
【００５０】
（２）上記検出機構１０を、潤滑油が貯留されたオイルパン１００の底面に固定するようにしている。これによりオイルパン１００が傾斜した場合でも、上記検出機構１０を可能な限り潤滑油中に浸漬させておくことができるようになり、そうした傾斜時においても、上記第３導光体５０による上記浄化作用を得ることができる。
【００５１】
（３）上記検出機構１０を、内燃機関のオイルパン１００に取り付けるようにしている。そのため、内燃機関の潤滑油中の粒子濃度を検出することができる。また、第３導光体５０を機関振動によって揺動させることも可能になる。
（第２実施形態）
次に、本発明にかかる粒子濃度検出装置を具体化した第２実施形態について、図５〜図７を併せ参照して説明する。
【００５２】
第１実施形態では、第３導光体５０が単体で構成されていた。一方、本実施形態における第３導光体８０は、図５に示すように、上記第３導光体５０が、発光部２０から発せられる光の光路方向に分割された複数の導光体、より詳細には発光部２０から発せられる光の光路方向に並設された複数の導光体８１で構成されている。この導光体８１も、第１実施形態の第３導光体５０と同一の材質で形成されており、その形状は角柱形状とされている。また、上記第３導光体５０と同様に、液室４０内において揺動することができるように、その外形形状は液室４０の形状よりも小さくされている。
【００５３】
このように上記第３導光体８０を分割体で構成することにより、次の作用効果が得られる。
すなわち、図６に二点鎖線にて示すように、発光部２０から受光部３０に向けて発せられる光の光路方向に対し、第３導光体５０が傾斜しておらず、光の進行方向に対して第２検出面５０ａ及び第３検出面５０ｂがともに直交している場合には、発光部２０から発光された光は、第３導光体５０の透過時に屈折されることなく受光部３０に到達する。
【００５４】
一方、同図６に実線にて示すように、発光部２０から受光部３０に向けて発せられる光の光路方向に対し、第３導光体５０が傾斜している場合には、発光部２０から発光された光は、潤滑油と第３導光体５０との境界面（第２検出面５０ａ）で屈折された後、第３導光体５０内を透過する。そして、第３導光体５０から潤滑油中に出るときにも、第３導光体５０と潤滑油との境界面（第３検出面５０ｂ）で再度屈折されて受光部３０の方向に進行する。
【００５５】
このように第３導光体５０が傾斜している場合には、同第３導光体５０にあって光が入射する点（図６に示すｉｎ点）と光が出る点（図６に示すｏｕｔ点）とで光路がずれるようになり、こうしたずれが大きくなると受光部３０の受光量（透過光量）が変化してしまう。こうした光路のずれ量Ｚは、次式（７）で示される。
【００５６】
ずれ量Ｚ＝導光体内の光路長Ｌ・ｓｉｎα …（７）
なお、導光体内の光路長Ｌとは、上記ｉｎ点とｏｕｔ点との２点間距離のことであり、例えば第３導光体５０にあっては、その内部を透過する光の透過距離のことである。また、「α」とは、第２検出面５０ａで屈折されることなく第３導光体５０内を透過する光の進行方向を基準に、同第２検出面５０ａで屈折された光の屈曲角を示す値である。また、この屈曲角αは、第３導光体５０の傾斜角にも一致する。
【００５７】
上記式（７）に示されるように、第３導光体５０の傾斜角αが大きいほど、ずれ量Ｚは大きくなる。また、第３導光体５０内の光路長Ｌが長いほど、ずれ量Ｚは大きくなる。ここで、第３導光体５０内の光路長Ｌは、同第３導光体５０にあって光の進行方向における厚みが大きいほど、長くなるため、そうした厚みが大きくなるほど、ずれ量Ｚは大きくなる。
【００５８】
この点、本実施形態では、第３導光体８０を複数の導光体８１で構成するようにしており、これにより個々の導光体８１の厚みを、単体で構成された上記第３導光体５０と比較して小さくすることができる。また、個々の導光体８１は互いに独立して傾斜可能である。従って、単体で構成された上記第３導光体５０と、本実施形態において第３導光体８０を構成する１つの導光体８１とが、例えば同一の傾斜角で傾いた場合の光路のずれ量Ｚを比較すると、次のようになる、
すなわち、図７や先の図５に示すように、第３導光体８０を構成する個々の導光体８１の厚みは、単体で構成された第３導光体５０の厚みと比較して小さいため、導光体内の上記光路長Ｌ（ｉｎ点とｏｕｔ点との２点間距離）も短くなる。従って、上記式（７）からも分かるように、第３導光体８０を構成する１つの導光体８１の方が光路のずれ量Ｚは小さくなる。
【００５９】
従って、本実施形態によれば、第３導光体８０を構成する導光体８１が傾いたときの光路のずれ量Ｚを極力小さくすることができ、これにより第３導光体８０の傾斜が受光部３０の受光量に与える影響を極力抑えることができるようになる。
【００６０】
ちなみに、本実施形態において第３導光体８０を構成する各導光体８１も液室４０内を揺動可能であり、これにより上記第１実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
なお、上記各実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
【００６１】
・検出機構１０をオイルパン１００の底面に固定するようにしたが、オイルパン１００の潤滑油中にステーを介して設けるようにしてもよい。例えば図８に示すように、一端がオイルパン１００の側面に固定されており、他端が同オイルパン１００の底面近傍に浸漬されたステー２００を設け、このステー２００の上記他端に検出機構１０を固定するようにしてもよい。この変形例においても、オイルパン１００が傾斜した場合、上記検出機構１０を可能な限り潤滑油中に浸漬させておくことができるようになり、そうした傾斜時においても、上記第３導光体５０による上記浄化作用を得ることができる。なお、この変形例においては、機関振動がステー２００で増大されて検出機構１０に伝達されることにより、第３導光体はさらに揺動されやすくなり、上記浄化作用が向上するようになる。
【００６２】
・第１実施形態では２つの異なる波長の光を用いるようにしたが、３つ以上の異なる波長の光を用いるようにしてもよい。この場合には、例えば次のような態様で粒子濃度を検出することもできる。まず、Ａ、Ｂ、及びＣといった３つの波長の光を用いてそれぞれの波長における透過光量を計測し、その計測される各透過光量から各波長毎の透過率を求める。そして、第１実施形態と同様な態様にて、Ａ及びＢの波長の光に対応する透過率の比から粒子濃度Ｃ１を求めるとともに、Ａ及びＣの波長の光に対応する透過率の比から粒子濃度Ｃ２を求める。そして、粒子濃度Ｃ１及び粒子濃度Ｃ２の平均値を最終的な粒子濃度Ｃとするようにしてもよい。
【００６３】
・波長が６７０ｎｍの可視光及び波長が８９０ｎｍの赤外光を発光部２０から発光させるようにしたが、第１実施形態で説明した検出態様にて粒子濃度を検出する際に、液中粒子の成分比に起因する検出誤差を抑えることができるのであれば、他の波長の光を用いるようにしてもよい。
【００６４】
・１つの発光部２０内に可視光素子と赤外光素子とを設けるようにしたが、可視光素子を備える発光部と赤外光素子を備える発光部とを設け、各発光部からの光を上記受光部３０で受光するようにしてもよい。また、可視光素子を備える可視光発光部と同可視光発光部からの光を受光する可視光受光部、並びに赤外光素子を備える赤外光発光部と同赤外光発光部からの光を受光する赤外光受光部とをそれぞれ設けるようにしてもよい。
【００６５】
・異なる波長の光を発光部２０から発光させ、上記式（６）に基づいて粒子濃度Ｃを検出するようにした。この他、１種類の光を発光部２０から発光させ、その光の透過率に基づいて粒子濃度Ｃを検出するようにしてもよい。この場合には、液中粒子の成分比に起因する粒子濃度Ｃの検出誤差を抑えることはできないが、より簡易な態様で粒子濃度Ｃを検出することができるようになる。
【００６６】
・第３導光体５０や導光体８１の形状は角柱形状に限られるものではなく、その形状は適宜変更することができる。
・上記実施形態では内燃機関の潤滑油の粒子濃度を検出するようにしたが、他の液体の粒子濃度を検出する検出装置にも本発明は同様に適用することができる。
【００６７】
・検出機構１０を内燃機関のオイルパン１００に設けるようにしたが、この他、液中の粒子濃度を検出する試験装置に同検出機構１０を設けるようにしてもよい。この場合でも、貯留部に貯留された検出対象液に検出機構１０を浸漬させて、同検出対象液を流動させることにより第３導光体を揺動させることができ、上記浄化作用を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の粒子濃度検出装置についてその第１実施形態における構成を示す概略図。
【図２】同実施形態における検出機構の断面図。
【図３】粒子の成分比が異なる２種類の劣化油について、それら透過率の波長特性を示すグラフ。
【図４】（ａ）は、第１導光体及び第３導光体の各検出面の浄化態様を示す断面図。（ｂ）は、第２導光体及び第３導光体の各検出面の浄化態様を示す断面図。
【図５】第２実施形態における検出機構の断面図。
【図６】第１実施形態の第３導光体が傾斜したときの光路のずれを示す模式図。
【図７】第２実施形態の第３導光体が傾斜したときの光路のずれを示す模式図。
【図８】第１実施形態の変形例における粒子濃度検出装置の構成を示す概略図。
【符号の説明】
【００６９】
１０…検出機構、１１…ホルダ、１２、１３…穴、１４…ハウジング、２０…発光部、２１…発光部用ホルダ、２２…発光部用キャップ、２３…第１導光体、２３ａ…第１検出面、２４…信号線、３０…受光部、３１…受光部用ホルダ、３２…受光部用キャップ、３３…第２導光体、３３ａ…第４検出面、３４…信号線、４０…液室、４１…流路、５０…第３導光体、５０ａ…第２検出面、５０ｂ…第３検出面、６０…演算部、８０…第３導光体、８１…導光体、１００…オイルパン、２００…ステー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部から液体に向けて照射された光の透過光量を受光部で検出する検出機構を備え、同検出機構で検出された前記透過光量に基づいて前記液体中の粒子濃度を検出する粒子濃度検出装置において、
前記検出機構は、前記発光部の発光面側に設けられた第１の光透過部と、前記受光部の受光面側に設けられた第２の光透過部と、前記第１の光透過部及び前記第２の光透過部の間に形成されて前記液体が流入する液室と、前記液室内に設けられて前記第１の光透過部及び前記第２の光透過部に対向するとともに同液室内で揺動する第３の光透過部とを備える
ことを特徴とする粒子濃度検出装置。
【請求項２】
前記第３の光透過部は、前記発光部から発せられる光の光路方向に並設された複数の光透過部で構成される
請求項１に記載の粒子濃度検出装置。
【請求項３】
前記検出機構は、前記液体が貯留された貯留部の底面に固定される
請求項１または２に記載の粒子濃度検出装置。
【請求項４】
前記検出機構は、前記液体が貯留された貯留部の液中にステーを介して設けられる
請求項１または２に記載の粒子濃度検出装置。
【請求項５】
前記検出機構は、内燃機関のオイルパンに取り付けられる
請求項１〜４のいずれか１項に記載の粒子濃度検出装置。
【請求項１】
発光部から液体に向けて照射された光の透過光量を受光部で検出する検出機構を備え、同検出機構で検出された前記透過光量に基づいて前記液体中の粒子濃度を検出する粒子濃度検出装置において、
前記検出機構は、前記発光部の発光面側に設けられた第１の光透過部と、前記受光部の受光面側に設けられた第２の光透過部と、前記第１の光透過部及び前記第２の光透過部の間に形成されて前記液体が流入する液室と、前記液室内に設けられて前記第１の光透過部及び前記第２の光透過部に対向するとともに同液室内で揺動する第３の光透過部とを備える
ことを特徴とする粒子濃度検出装置。
【請求項２】
前記第３の光透過部は、前記発光部から発せられる光の光路方向に並設された複数の光透過部で構成される
請求項１に記載の粒子濃度検出装置。
【請求項３】
前記検出機構は、前記液体が貯留された貯留部の底面に固定される
請求項１または２に記載の粒子濃度検出装置。
【請求項４】
前記検出機構は、前記液体が貯留された貯留部の液中にステーを介して設けられる
請求項１または２に記載の粒子濃度検出装置。
【請求項５】
前記検出機構は、内燃機関のオイルパンに取り付けられる
請求項１〜４のいずれか１項に記載の粒子濃度検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２５１９２（Ｐ２００９−２５１９２Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８９５８４（Ｐ２００７−１８９５８４）
【出願日】平成１９年７月２０日（２００７．７．２０）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月２０日（２００７．７．２０）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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