CN103443525A - 机械的润滑装置及机油滤清器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种向内燃机（10）的1个以上的供给部位供给机油的润滑装置（26）。该润滑装置（26）具备：设于机油通路（32）的包含水滑石类化合物的第一构件（48）；设于所述机油通路（32）而包含反应体的第二构件（50），该反应体具有捕捉从所述水滑石类化合物分离的金属成分的功能。

Description

机械的润滑装置及机油滤清器

技术领域

本发明涉及一种用于向内燃机等机械的1个以上的供给部位供给机油的润滑装置、及能够应用于该润滑装置的机油滤清器。

背景技术

内燃机具备向其内部的滑动部等供给部位供给机油的润滑装置。在这种润滑装置中，可以使用各种机油滤清器。

专利文献1公开了一种内燃机用旁路机油滤清器用过滤材料。根据专利文献1的记载，该过滤材料包含由下述（1）式表示的水滑石类化合物。

Mg_xAl₂（OH）_6+2x-2y（CO₃）_y·mH₂O  （1）

其中，（1）式中，x及y是满足3<x<20，0<y<2的整数，m表示整数。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平3-296408号公报

发明内容

发明的概要

然而，将上述包含水滑石类化合物的机油滤清器使用于内燃机的润滑装置时，例如，存在Mg或Al从该水滑石类化合物向机油中溶出的可能性。Mg及Al会对机油的劣化作出贡献，因此希望能采取某种对策。

因此，本发明鉴于这一点而作出，其目的是在内燃机等机械的润滑装置中使用水滑石类化合物时，抑制该水滑石类化合物引起的机油的劣化。

本发明的第一形态提供一种机械的润滑装置，其中，具备：设于机油通路的水滑石类化合物；以及设于所述机油通路而具有捕捉从所述水滑石类化合物分离的金属成分的功能的反应体。

所述反应体可以具有捕捉作为所述金属成分的从所述水滑石类化合物分离的阳离子的功能。

优选的是，本发明的机械的润滑装置还具备：输出与机油中的金属成分的量对应的信号的输出机构；以及基于该输出机构的输出来判定机油的劣化的劣化判定机构。

此外，本发明的机械的润滑装置可以具备设于所述机油通路的机油滤清器，该机油滤清器包含所述水滑石类化合物及所述反应体。或者，本发明的机械的润滑装置可以具备设于所述机油通路的两个机油滤清器，该两个机油滤清器的一方至少包含所述水滑石类化合物，该两个机油滤清器的另一方至少包含所述反应体。

此外，上述机械优选为内燃机。

本发明的第二形态提供一种机油滤清器，其中，具备：设于机油通路的水滑石类化合物；设于所述机油通路而具有捕捉从所述水滑石类化合物分离的金属成分的功能的反应体。这种情况下，所述反应体可以具有捕捉作为所述金属成分的从所述水滑石类化合物分离的阳离子的功能。

本发明的前述的及更多的特征及优点根据附图的参照及以下的例示的实施方式的说明更为明确。

附图说明

图1是应用了本发明的第一实施方式的内燃机的概念图；

图2是图1的内燃机的润滑装置的一部分的概念图；

图3是概念性地表示关于第一实施方式的实验结果的坐标图；

图4是应用了本发明的第二实施方式的内燃机的概念图；

图5是关于第二实施方式的流程图；

图6是概念性地表示关于第二实施方式的实验结果的坐标图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施方式。不过，虽然以下说明了将本发明应用于内燃机的实施方式，但本发明也可以应用于内燃机以外的其他的机械。首先，说明第一实施方式。

图1表示应用了第一实施方式的内燃机（以下，称为发动机）10的概念图。在此，发动机10搭载于车辆。发动机10是串列4气缸形式的发动机，但应用本发明的发动机不仅其气缸数或气缸排列形式可以任意，而且当然也可以是火花点火式发动机或压缩点火式发动机。

发动机10具备：一体地具备曲轴箱的气缸体12；气缸盖14；从上方覆盖气缸盖14的气缸盖罩16；油底壳18。经由吸气通路20的节气门22取入的空气与从燃料喷射阀喷射的燃料的混合气在燃烧室内燃烧，废气经由排气通路24排出。

发动机10的润滑装置26向发动机10中的1个以上的供给部位供给机油。1个以上的供给部位在此包括发动机10内的包含多个滑动部在内的多个供给部位。润滑装置26的一部分在图1中示意性地表示，不过，润滑装置26的一部分还在图2中示意性地表示。以下，参照图1及图2，说明发动机10及润滑装置26。

润滑装置26具备未图示的过滤器及机油泵28，积存在作为机油积存部的油底壳18内的机油通过过滤器由机油泵28汲取（吸引）。但是，泵28伴随着发动机10的工作而从凸轮轴或曲轴接受动力，机械性地进行驱动，且设有在高液压时用于使机油向油底壳18侧逃散的减压阀29。

由机油泵28如上述那样汲取的机油经由机油滤清器30，通过形成于发动机10的（包含与各供给部位对应的多个机油路的）机油通路32，向发动机10内的多个部位34a、34b等供给。部位34a、34b等是例如凸轮轴轴颈、曲轴轴颈、连杆、活塞等。然后，如此供给到多个部位的润滑油即机油由于自身的自重而最终返回油底壳18。如此，机油在润滑装置26中循环。需要说明的是，这里，将机油如此在发动机10内能够流通的空间称为“机油通路”。

在气缸体12和气缸盖14形成有将气缸盖罩16内或气缸盖14内与曲轴箱内即油底壳18内连通的回油通路36。回油通路36是用于使例如结束了动阀系的润滑的机油从气缸盖14朝向油底壳18内返回（落下）的通路。而且，形成有将曲轴箱内即油底壳18内与气缸盖罩16内或气缸盖14内相连的空气通路38。空气通路38担任着使曲轴箱内的窜气朝向气缸盖罩16内上升移动的作用。其中，回油通路36及空气通路38分别能够作为机油通路发挥功能且也能够作为空气通路发挥功能。需要说明的是，回油通路36的条数及空气通路38的条数可以分别为多条。

在此，窜气是指从活塞的活塞环与气缸体12的气缸内径的间隙向曲轴箱内漏出的气体。该窜气含有大量的烃、水分。因此，当窜气过多时，其成为发动机机油的提前劣化、发动机内部的生锈的原因。而且，由于在窜气中包含烃，因此将其直接向大气释放的情况在环境上不好。因此，发动机10具备未图示的已知的窜气环流装置。在窜气被导入到气缸盖罩16内之后，利用吸气负压强制性地使其返回吸气系统，向燃烧室供给。

然而，这种窜气中含有例如NOx、SOx及水分。并且，例如，气缸盖罩16不易被传递来自发动机的热量且其外表面曝露在外气下由冷却风等冷却，因此在气缸盖罩16的内表面容易产生结露等形成的冷凝水。由此，尤其是在气缸盖罩16内，由于上述物质的反应，而容易产生酸性物质例如硝酸、硫酸。这些酸性物质会掺杂于润滑油即发动机机油，而促使发动机内部的油泥前体及油泥的产生、附着、堆积。这种机油泥因机油的劣化而产生，而且，进一步导致机油的劣化，因此抑制油泥前体及油泥的生成等就会抑制机油的劣化。

因此，应用于发动机10的润滑装置26的机油劣化抑制装置40为了从发动机机油中将这种酸性物质即酸性成分除去而具有机油滤清器42。作为过滤构件的机油滤清器42设于机油通路30中的从主机油通路44旁支而与油底壳18内连通的旁路通路46上。旁路通路46包含于机油通路32，相对于用于向发动机10的上述供给部位34a、34b等供给机油的主机油通路44而言，可以称为副机油通路。

不过，在图1中，为了夸张地表示包含机油滤清器42的机油劣化抑制装置40的主要部分而将该机油滤清器42及旁路通路46的一部分描绘在发动机主体10′的外侧。然而，机油滤清器42等的设置位置并未限定为图1表示的位置，可以变更为各种部位，例如可以固定在发动机主体10′的各部的与外侧相接的部分、从该外侧分离的部分、或发动机主体10′的各部的内侧。不过，在本实施方式中，机油滤清器42以能够更换的方式设置。这种情况下，机油滤清器42优选定位在容易更换的位置。需要说明的是，机油滤清器42在适当的时期可以更换。

在机油滤清器42内，第一构件48、第二构件50从上游侧依次串联配置。在此，以机油不仅利用机油泵28产生的压力而且也利用其自重能够在机油滤清器42内流动的方式构成机油劣化抑制装置40，第一构件48相对于第二构件50而定位在铅垂方向上方。因此，进入机油滤清器42的机油到达第一构件48，通过了该第一构件48的机油到达第二构件50，然后，通过了第二构件50的机油由于其自重而能够流回油底壳18内。

机油滤清器42的第一构件48吸附机油中的规定的酸性成分。具体而言，第一构件48具备支承构件和由该支承构件支承或收容的很多个（多个）水滑石粒。在此处的第一构件48中，水滑石粒以夹在中间的方式支承于作为支承构件的一部分的滤纸构件间，还由作为该支承构件的一部分的壳体构件收容。需要说明的是，第一构件48的壳体构件等支承构件构成为能够使机油适当地通过。

需要说明的是，第一构件48的支承构件可以为网眼状袋体、三维网眼状结构体、多孔结构体、筒状结构体等，在它们的内部及间隙的至少一方能够封入或保持多个水滑石粒。而且，由这种支承构件支承的1个以上的水滑石至少在使用前的阶段可以是一体地凝固的单一的或多个块体。或者由这种支承构件支承的1个以上的水滑石可以是颗粒以外的形状。

第一构件46具备的作为第一反应体的或该第一反应体包含的水滑石具有层状结构，具有将阴离子即负离子取入到以金属成分为主成分而构成的骨架部分的层之间的性质。这种水滑石可以具有取入即吸附新的阴离子，并将层间具有的阴离子取代为该新的阴离子或与该新的阴离子一起排出的功能。因此，水滑石是离子交换体（离子交换材料），或者起到离子交换体的作用。这种水滑石在机油中具有吸附规定的离子即离子成分、尤其是吸附机油中的（硝酸离子等的）酸性成分的功能。具体而言，为了将由于窜气中的NOx和水而产生的硝酸离子（NO₃ ^-）、由于窜气中的SOx和水而产生的硫酸离子（SO₄ ^2-）从机油中除去而使用水滑石。需要说明的是，希望通过水滑石从机油中除去的酸性成分不仅是硝酸离子（NO^3-）、硫酸离子（SO₄ ^2-），还有例如基于窜气而产生的醋酸离子（CH₃COO^-），同样地基于窜气而产生的甲酸离子（HCOO^-）。第一构件48的水滑石可以具有吸附即捕捉从包含这些成分的组或由这些成分构成的组中选择的至少1个成分的功能。

第一构件48可以包含上述那样的具有层状结构的各种水滑石即水滑石类化合物。例如，作为水滑石，可以使用日本和光纯药工业株式会社制的“Mg₆Al₂（OH）（CO₃）₁₆”（以下，称为“HT”）。该水滑石即HT是层状化合物，包含以Al和Mg为主成分而构成的骨架部分的层和呈三明治状地夹在该层之间的阴离子。

相对于此，机油滤清器42的第二构件50捕捉机油中的规定成分。具体而言，第二构件50具备支承构件和由该支承构件支承或收容的很多个（多个）阳离子交换树脂粒。在此处的第二构件50中，在作为支承构件的壳体构件内收容有很多个（多个）阳离子交换树脂粒。需要说明的是，第二构件50的壳体构件构成为能够使机油适当地通过。

需要说明的是，第二构件50的支承构件可以为网眼状袋体、三维网眼状结构体、多孔结构体、筒状结构体等，在它们的内部及间隙的至少一方可以封入或保持多个阳离子交换树脂。而且，由这种支承构件支承的1个以上的阳离子交换树脂可以为单一的或多个块体，或者可以为颗粒以外的各种形状。

第二构件50具备的作为第二反应体的或该第二反应体包含的阳离子交换树脂是离子交换体（离子交换材料）。在此使用的阳离子交换树脂具有捕捉即吸附规定的阳离子（离子成分）的功能。具体而言，该阳离子交换树脂具有捕捉Al离子（Al³⁺）及Mg离子（Mg²⁺）等阳离子的功能。需要说明的是，作为能够在第二构件50中使用的离子交换树脂，有例如三菱化学公司制DIAION（注册商标）系列的离子交换树脂（例如WK10、11）。

接下来，说明具备上述结构的发动机10的润滑装置26中的机油劣化抑制装置40的作用效果。

由于伴随着发动机10的工作而工作的泵28的作用而供给到机油滤清器42的机油通过第一构件48时，利用此处的水滑石能够将硝酸离子等规定成分捕捉而从机油中除去。由此，能够抑制油泥前体及油泥的生成等。

而且，这种水滑石如上述那样具有以金属成分为主成分而构成的骨架部分的层，但具有例如这些骨架部分的层中的Al或Mg那样的金属成分向机油中容易溶出的特性。尤其是使用的水滑石为约5～30μm的直径的粒状体时，Al或Mg那样的金属成分向机油中的溶出容易发生。从水滑石分离的Al及Mg等金属成分会给机油添加剂或机油本身带来影响，发挥促进机油劣化的助催化剂作用。因而，希望将这些源自水滑石的规定成分即Al及Mg等金属成分从机油中或从机油通路32中除去。

这种Al或Mg等金属成分大体可以作为阳离子而存在于机油中。相对于此，如上述那样设置的第二构件50的离子交换树脂具有捕捉即吸附阳离子的功能。因而，通过第二构件50的阳离子交换树脂，能够捕捉从第一构件48的水滑石分离的源自该水滑石的Al及Mg。因此，能够抑制基于水滑石使用的机油劣化，结果是能够提高水滑石产生的机油劣化抑制效果。

通过实验，研究了将上述那样的机油滤清器42设置在发动机10的润滑装置26中的机油通路32时的效果，因此参照图3来说明其结果。图3的横轴表示搭载有发动机10的车辆的行驶距离（km），其纵轴表示润滑装置26的机油中的金属量（mol）。需要说明的是，在实验中，使用上述HT作为水滑石，并使用三菱化学公司制DIAION（注册商标）系列的离子交换树脂作为阳离子交换树脂。

图3的线L1表示未设置机油滤清器42时的、即未设置水滑石及阳离子交换树脂时的行驶距离与金属量的关系。图3的线L2表示设有除了第二构件50之外的机油滤清器42时的、即仅将水滑石设于机油通路时的行驶距离与金属量的关系。而且，图3的线L3表示设有机油滤清器42时的、即将水滑石及阳离子交换树脂一起设于机油通路时的行驶距离与金属量的关系。

从线L2可知，由于将水滑石配置于机油通路，而机油中的金属量增加。这是因为Al、Mg那样的金属成分从水滑石向机油中溶出的缘。

相对于此，除了配置水滑石之外通过还将阳离子交换树脂配置于机油通路，而能大幅抑制机油中的金属量的增加，尤其是抑制得比水滑石及阳离子交换树脂未设置时的金属量的增加低。这是因为，阳离子交换树脂捕捉从水滑石溶出的Al、Mg，并且还捕捉由于发动机10的滑动部等的损耗等而产生的金属成分的缘故。

如此，在将水滑石设于机油通路时，通过将阳离子交换树脂那样的具有捕捉从水滑石分离的规定金属成分的功能的反应体一起设于机油通路，能够充分地防止或抑制水滑石引起的机油劣化。

需要说明的是，在上述第一实施方式中，水滑石与作为阳离子交换树脂的反应体由不同的构件分别支承而分离。然而，本发明容许将它们结合或混合而使用的情况。

另外，在上述实施方式的机油滤清器42中，在第二构件50的铅垂方向上方配置了第一构件48。然而，机油滤清器42可以构成作为具备内筒和外筒的筒状结构体，在所述内筒及外筒中的一方收容水滑石，并在它们中的另一方收容阳离子交换树脂那样的反应体。需要说明的是，收容水滑石的一方的构件可以定位在收容阳离子交换树脂那样的反应体的另一方的构件的上游侧，但也可以定位在该另一方的构件的下游侧。

另外，在上述实施方式中，向单一的机油滤清器中装入了水滑石和作为离子交换树脂的反应体，但它们也可以分别由不同的过滤构件收容。即，可以使用设于机油通路的两个机油滤清器，该两个机油滤清器的一方至少包含水滑石类化合物，该两个机油滤清器的另一方包含反应体即第二反应体。并且，水滑石与第二反应体可以彼此邻接配置，但也可以配置在分离较远的位置例如不同的回油通路上。

另外，在上述实施方式中，由机油泵28循环供给的机油向作为全流式过滤器的机油滤清器30和作为旁路过滤器的机油滤清器42分流。然而，包含水滑石和离子交换树脂的机油滤清器42可以作为全流式过滤器而设于机油通路32。例如机油滤清器42可以与机油滤清器30邻接设置，或者可以一体地装入到机油滤清器30中。在水滑石和离子交换树脂分别由不同的过滤构件收容而形成两个机油滤清器时，这两个机油滤清器的双方或一方可以使用作为全流式过滤器或旁路过滤器。

需要说明的是，在上述实施方式中，在第二构件50具备阳离子交换树脂作为第二反应体，但使用的第二反应体并未限定为离子交换树脂，可以使用各种离子交换体作为第二反应体。例如，可以使用各种无机阳离子交换体作为该第二反应体。作为无机阳离子交换体，有沸石、结晶性锑酸、含水五氧化锑、磷酸钛、磷酸锆、氢氧化钛及氢氧化锆等。

接下来，说明本发明的第二实施方式。应用第二实施方式的发动机100具备与上述发动机10大致相同的结构，但还具备机油劣化检测装置。以下，主要说明该机油劣化检测装置。需要说明的是，以下，参照图4及图2说明应用了第二实施方式的发动机，对于与已经说明的结构要素对应的结构要素，同样地标注在已经说明的结构要素上标注的符号，省略其重复说明。需要说明的是，对于上述第一实施方式的上述变形例等也可以同样地应用于本第二实施方式。

应用了第二实施方式的发动机100具备发动机100中的各种控制装置（控制机构）及实质上担任着作为各种检测装置（检测机构）的功能的电子控制单元（ECU）60。ECU60由包含CPU、存储装置、A/D转换器、输入接口、输出接口等的微型计算机构成，该存储装置包括ROM及RAM。在输入接口上电连接有包括用于检测发动机转速的发动机转速传感器62、用于检测发动机负载的发动机负载传感器64、车速传感器66等的各种传感器类。作为发动机转速传感器62，例如可以使用曲轴角传感器。而且，作为发动机负载传感器64，可以使用空气流量计、油门开度传感器等。ECU60从输出接口电气性地向燃料喷射阀、节气门22用的执行器等输出工作信号（驱动信号），以基于来自这各种传感器类的输出（检测信号），按照预先设定的程序进行顺畅的发动机10的运转或工作。

需要说明的是，这种电子控制系统例如ECU60、以及包括发动机转速传感器62、发动机负载传感器64及车速传感器66等的各种传感器类在第一实施方式的说明中被省略，但是在上述发动机10中也同样地具备。

并且，第二实施方式的发动机100还具备上述机油劣化检测装置70。如上述那样通过将包含机油滤清器42的机油劣化抑制装置40应用于润滑装置26，而能够抑制润滑装置26中的机油的劣化。然而，机油滤清器42由于使用而其性能逐渐下降，因此机油滤清器42优选在适当的时期进行更换。可以使用机油劣化检测装置70适当地判断该适当的时期。

机油劣化检测装置70包括：输出与机油中的金属成分的量对应的信号的作为输出机构的介电常数传感器72；基于介电常数传感器72的输出来判定机油的劣化的劣化判定机构。介电常数传感器72在此设于机油通路32中的油底壳18，但也可以设置在机油通路32的其他的部位。需要说明的是，作为介电常数传感器72，可以使用各种传感器，例如可以使用BOSCH公司的产品、Delphi公司的产品、及Kittiwake公司的产品等。需要说明的是，作为输出与机油中的金属成分的量对应的信号的输出机构，也可以使用介电常数传感器以外的传感器。

机油中的Al、Mg、Fe等金属成分的量与机油的介电常数处于比例关系。因此，来自介电常数传感器72的输出与机油中的金属成分的量例如金属浓度处于相关关系。因此，基于来自介电常数传感器72的输出能够判定机油的劣化。

来自介电常数传感器72的输出信号通过电连接有介电常数传感器72的ECU60如后述那样处理。ECU60担任着基于来自介电常数传感器72的输出信号来判定机油的劣化的作为上述劣化判定机构的功能。并且，ECU60在判定为机油发生了劣化时，可以使警告灯74点亮来向驾驶员通知机油的劣化而催促机油滤清器42的更换。警告灯74可以设置在驾驶席的车前外板等上。

以下，参照图5及图6，说明机油的劣化判定。图5是表示机油的劣化判定的流程的流程图。图6是概念性地表示为了研究搭载有具备机油滤清器42的发动机100的车辆的行驶距离（km）与发动机100的润滑装置26的机油中的金属成分的量即金属量（mol）的关系而进行的实验结果的坐标图。

在步骤S501中，检测与金属量相当的值。具体而言，在此，基于来自介电常数传感器72的输出信号，检测介电常数。需要说明的是，基于介电常数还可以算出金属成分的量即金属量。需要说明的是，与金属量相当的值可以像这样为介电常数、金属量，或者也可以是其他的值。例如，电压值、电流值等的值可以直接使用作为与金属量相当的值。需要说明的是，用于检测与金属量相当的值的数据或运算式等预先存储于存储装置。

在步骤S503中，判定由步骤S501检测到的值即检测值是否为阈值即规定值a以上。阈值预先确定而存储于存储装置。检测值不为阈值a以上时，在步骤S503中作出否定判定。

在此，观察图6时，图6中表示机油中的金属量的变化。在机油滤清器42充分地发挥其功能时，正如参照图3已经说明那样，机油中的金属由第二构件50的阳离子交换树脂捕捉，因此金属量的增加非常平缓地产生。

然而，在车辆的行驶距离达到b1而机油滤清器42无法再充分地发挥其功能时，即，机油滤清器42的寿命到来时，机油中的金属量的增加速度变快。然后，车辆的行驶距离达到b2，由步骤S501检测到的介电常数达到考虑机油滤清器42的这种劣化寿命而确定的阈值a时，即，机油中的金属量达到与考虑机油滤清器42的这种劣化寿命而确定的阈值a相当的金属量c（观察图6）时，在步骤S503中作出肯定判定。其结果是，在步骤S505中使上述警告灯74点亮。因此驾驶员等在适当的时期获知机油滤清器42的劣化，能够将其更换为新的机油滤清器。

当机油滤清器42成为新的机油滤清器时，基于图6中的行驶距离超过b2的部分可知，机油滤清器42的功能发挥的结果是，油中的金属量急速下降至一定程度，然后非常平缓地增加。

本发明的实施方式并不局限于前述的实施方式，由权利要求书所规定的本发明的思想中包含的一切变形例或应用例、等同物都包含于本发明。因此，本发明不应作限定性地解释，而也可以应用于归属在本发明的思想的范围内的其他的任意的技术。

Claims (8)

1.一种机械的润滑装置，具备：

设于机油通路的水滑石类化合物；以及

设于所述机油通路并具有捕捉从所述水滑石类化合物分离的金属成分的功能的反应体。

2.根据权利要求1所述的机械的润滑装置，其中，

所述反应体具有捕捉作为所述金属成分的从所述水滑石类化合物分离的阳离子的功能。

3.根据权利要求1或2所述的机械的润滑装置，还具备：

输出与机油中的金属成分的量对应的信号的输出机构；以及

基于该输出机构的输出来判定机油的劣化的劣化判定机构。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的机械的润滑装置，其中，

所述机械的润滑装置具备设于所述机油通路的机油滤清器，该机油滤清器包含所述水滑石类化合物及所述反应体。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的机械的润滑装置，其中，

所述机械的润滑装置具备设于所述机油通路的两个机油滤清器，该两个机油滤清器中的一者至少包含所述水滑石类化合物，该两个机油滤清器中的另一者至少包含所述反应体。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的机械的润滑装置，其中，

所述机械是内燃机。

7.一种机油滤清器，具备：

设于机油通路的水滑石类化合物；以及

设于所述机油通路并具有捕捉从所述水滑石类化合物分离的金属成分的功能的反应体。

8.根据权利要求7所述的机油滤清器，其中，

所述反应体具有捕捉作为所述金属成分的从所述水滑石类化合物分离的阳离子的功能。

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