JP2007071112A

JP2007071112A - 非分解エンジン再生装置および方法

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Publication number: JP2007071112A
Application number: JP2005259332A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Oyama; 義男大山; Akio Haga; 昭男芳賀
Original assignee: ABARON KK
Current assignee: ABARON KK
Priority date: 2005-09-07
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】堆積・固着したスラッジやカーボンを取り除き、磨耗修復剤で磨耗部分を埋めて非分解でエンジンを元の状態に復元する。
【解決手段】本体１とエンジン２の間で溶剤の送油・再生・回収経路と磨耗修復剤の注入経路を形成し、本体１とＥＣＵ３、排出ガスセンサ４の間でエンジン制御データと排出ガス計測データの伝送路を形成する。エンジン再生総合制御部５は、エンジン制御入出力データ処理部６を介してＥＣＵ３からエンジン回転数、スロットル信号、吸入空気量、λ信号、点火時期信号を、排出ガス計測部７を介して排出ガスセンサ４からクランクケース残留ＨＣを、回収油温計測部８５から回収油温度をそれぞれ入力し、再生（完了）信号を出力する。磨耗修復制御部９は、磨耗修復剤を充填したディスペンサと粒径選択回路を備え、排出ガス計測部７を介して排出ガスセンサ４からクランクケース残留ＨＣ、排出Ｏ２、排出ＣＯ２を入力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンのオーバーホールを非分解で行うエンジン再生装置および方法に関する。

エンジンは、ガソリンや軽油などの燃料を空気と混合した混合気をピストンで圧縮して点火や圧縮により爆発させて出力を得る。
このとき金属磨耗粉や不純物、ほこりなどを主成分とするスラッジや不完全燃焼によるカーボンが生成される。
これらのスラッジやカーボンは、粒径がある程度（例えば２５μ）以下になるとオイルフィルタではろ過できないので、エンジンオイルと一緒にオイル潤滑系統ラインを循環することになる。
そのため定期的なオイル交換を行わないと、スラッジやカーボンの粒子がシリンダ壁やピストンリング溝に堆積・固着してしまう。

圧縮工程では、図５に示すように、シリンダ１１内の圧縮圧力がピストンリング１３ａの上面と内側の側面に掛かり、ピストンリング１３ａの下面がピストンリング溝１３ｂの下側に、外側の側面がシリンダ１１壁に強く押し付けられる。燃焼行程ではさらに強い力で押し付けられ、燃焼室１６が最高圧力に達したときは摺動部分が極圧状態になる。
そのため、シリンダ１１壁にスラッジなどの異物が付着していると、その部分が削られて磨耗する。磨耗によりクリアランスが大きくなると、ピストン１３は本来の上下運動の他に、左右にも首を振るようになる。その結果、一層磨耗を促進し、摺動部分に凹凸やキズができる。さらに摺動部分にカーボンなどが付着していると熱伝導が低下し、温度が上昇して素材の熱膨張が生じ、摺動部分が強く擦れてより激しく磨耗する。

一方、点火タイミングは、ピストンが上死点にあるときを基準にし、クランクシャフトの回転角度にして何度前後するかで表されるが、点火時期を上死点前４０〜３０°にすると、上死点後１５〜２０°で燃焼室は最高圧力に達する。
火炎速度はエンジンの回転が上がるほど速くなるから、ピストンが上死点を過ぎたあたりで燃焼室の圧力を最高にするには、エンジンの回転速度に合わせて点火タイミングを早くする必要がある。そのため、エンジンの回転速度によって摺動部分にできる凹凸やキズの位置が異なる。

摺動部分に凹凸やキズができると、圧縮漏れを起こし、圧縮ガスや燃焼ガスがクランクケース内に吹き抜け、トルクが減少し、燃費が悪化する。また、不完全燃焼によるＨＣやＣＯなどの有害物質のエミッションが増加する。
圧縮漏れは、ピストンリング溝に固着したカーボンが接着剤となってピストンリングが膠着し、張りをなくしてシリンダ壁への密着性が悪くなることでも起きる。
圧縮漏れを起こすと、ヘジテーション（発進や加速途中に見られる一時的な出力低下によるもたつき）によるエンジンの回転変動が発生する。

圧縮漏れをなくすには、オーバホール（分解修理）するのが一般的であるが、多大な費用と時間が掛かるので、溶剤を圧送してエンジンをフラッシングした後、磨耗修復剤を注入して摺動部分にできた凹凸やキズを埋める方法がある。
ところが、従来のフラッシングは溶剤の質や圧送方法に問題があり、エンジンを高回転すると油膜切れを起こしてエンジンが焼きつく恐れがあるので、エンジン停止あるいはアイドリング状態で行っていた。
そのため、溶剤に十分な熱と圧力を加えることができず、オイル潤滑系統ラインやオイルパンの表面に堆積・付着したスラッジやカーボンを溶解・洗浄する程度で、エンジンの回転によってピストンリング溝や摺動部分の凹凸やキズの奥にこびり付いたスラッジやカーボンを溶解・洗浄してきれいに取り除くことはできなかった。
また、塩素系の洗浄溶剤が多く使われていたため、エンジン内部のガスケットやパッキンなどのシール材を損傷する恐れがあった。
また、使用する磨耗修復剤の耐荷重性・耐熱性・耐磨耗性が十分でないため、一時的に摺動部分の凹凸やキズを修復できても、極圧下では長時間経過すると付着した磨耗修復剤が表面から剥がれ落ちてしまうという問題があった。

解決しようとする問題点は以上のような点であり、本発明は、溶剤に十分な熱と圧力を加えてピストンリング溝や摺動部分の凹凸やキズに堆積・固着したスラッジやカーボンをきれいに取り除き、耐荷重性・耐熱性・耐磨耗性に優れる磨耗修復剤で磨耗部分を埋めて非分解でエンジンを元の状態に復元する非分解エンジン再生装置を提供することを目的になされたものである。

そのため本発明は、エンジンのオイル潤滑系統ラインに溶剤の注入・圧送・回収経路と磨耗修復剤の注入経路を接続すると共に、車載ＥＣＵの通信インタフェースと外付けの排出ガス測定器にデータ伝送路を接続し、アイドリングから所定回転域に至るまでエンジンの回転数を順次定速回転により上昇させ、各回転域におけるＥＣＵの制御データと排出ガス測定器の測定データを評価してエンジン内部の汚れと磨耗による回転変動を検出し、再生すべき目標回転域を設定する設定手段と、エンジンオイルを抜き去った後、溶剤を注入して溶剤の温度が所定温度以上になるまでアイドリングでエンジンを暖気する暖気手段と、エンジンの回転数を順次定速回転により上昇させ、前記目標回転域においてエンジンの回転数に追従する流量の溶剤を圧送してエンジン内部の汚れを溶解・洗浄する溶解・洗浄手段と、溶剤を回収し、エンジンオイルとオイルフィルタを交換した後、エンジンの回転数を順次定速回転により上昇させ、前記目標回転域において磨耗修復剤を注入してエンジンの磨耗を修復・再生する修復・再生手段とを備えて非分解によるエンジン再生を可能ならしめることを最も主要な特徴とする。

本発明は、溶剤の温度が所定温度以上になるまで暖気し、エンジン内部の汚れによる回転変動を検出した回転域においてエンジンの回転数に追従する流量の溶剤を圧送するので、溶剤に十分な熱と圧力が加わる。その結果、スラッジやカーボンなどの汚れがきれいに除去される。
また、エンジンの磨耗による回転変動を検出した回転域において磨耗修復剤を注入するので、磨耗修復剤に燃焼室の最高圧力がまともに加わる。その結果、磨耗修復剤が強固に付着して磨耗部分を元の状態に修復する。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１に、本発明を実施した非分解エンジン再生装置の構成図を示す。
非分解エンジン再生装置は、本体１とエンジン２、ＥＣＵ（エンジン制御ユニット）３、外付けの排出ガスセンサ４をホースａ、チューブｂ、ケーブルｃで接続し、本体１とエンジン２の間で溶剤の送油・再生・回収経路と磨耗修復剤の注入経路を形成し、本体１とＥＣＵ３、排出ガスセンサ４の間でエンジン制御データと排出ガス計測データの伝送路を形成する。
溶剤のホースａはエンジン２のオイル注入口Ｐ１とオイル排出口Ｐ２に連結し、磨耗修復剤のチューブｂはエンジン２のオイルレベルゲージ穴Ｐ３に連結する。
本体１は、全体を制御するエンジン再生総合制御部５、ＥＣＵ３と通信を行うエンジン制御入出力データ処理部６、排出ガス計測データを取得する排出ガス計測部７、溶剤の送油・再生・回収を制御する送油・再生・回収機構８、磨耗修復剤の注入を制御する磨耗修復制御部９を内設する。

溶剤には１００％化学合成油のオイル系溶剤を用い、エンジンを高速回転しても油膜切れを起こさないようにする。
また、磨耗修復剤には本出願人が先に出願した摩擦調整剤を用い、摩擦面に強固に付着して表面を平坦化させるとともに、高硬度化して摩擦・磨耗を低減させる。

送油・再生・回収機構８は、溶剤吸引口８１から吸引した溶剤を圧力発生部８２で圧送し、フィルタ８３を介して回収する。
圧力発生部８２は流量計測部８４を内蔵し、フィルタ８３の上流に回収油温計測部８５を配置する。
また、送油系統切替回路８６ａ、再生系統切替回路８６ｂ、回収系統切替回路８６ｃを備えて切替えを制御し、それぞれ送油ボタン８７ａ、再生ボタン８７ｂ、回収ボタン８７ｃ、緊急停止ボタン８７ｄに連動する。
通常の切替えはエンジン再生総合制御部５の指示により行われるが送油ボタン８７ａ、再生ボタン８７ｂ、回収ボタン８７ｃ、緊急停止ボタン８７ｄを操作して手動で行われることもある。
圧力発生部８２はエンジンの回転数に応じて流量を制御し、エンジンを高速回転しても焼きつけを起こさないようにする。
フィルタ８３は細かい目（例えば１μ以下）のフィルタを装着し、金属磨耗粉やほこりなどの微細粒子をできる限り取り除く。

エンジン再生総合制御部５は、エンジン制御入出力データ処理部６を介してＥＣＵ３からエンジン回転数、スロットル信号、吸入空気量、λ信号、点火時期信号を、排出ガス計測部７を介して排出ガスセンサ４からクランクケース残留ＨＣを、回収油温計測部８５から回収油温度をそれぞれ入力し、再生（完了）信号を出力する。
ＥＣＵ３との接続はエンジン制御入出力データ自動計測信号を出力し、リレースイッチＲをオンにして行う。
エンジン回転数とスロットル信号が複合されてエンジン回転変動信号に変換される。

磨耗修復制御部９は、Ｌ、Ｍ、Ｓの磨耗修復剤を充填したディスペンサ９１と粒径選択回路９２を備え、排出ガス計測部７を介して排出ガスセンサ４からクランクケース残留ＨＣ、排出Ｏ２、排出ＣＯ２を入力する。
また、エンジン再生総合制御部５から再生（完了）信号を、流量計測部８４から定流量信号をそれぞれ入力する。
再生（完了）信号と流量信号が複合されて磨耗修復信号に変換される。

図２に、エンジンの模式図を示す。
エンジン２は、複数のシリンダ１１を有するシリンダブロック１２を備え、各シリンダ１１内にピストン１３を往復動可能に収容する。各ピストン１３は、コンロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結する。
シリンダ１１毎の燃焼室１６には吸気通路１７と排気通路１８を接続し、外部の空気を吸気通路１７から燃焼室１６内に吸入するとともに、燃焼室１６で生じた排出ガスを排気通路１８へ排出する。吸気通路１７と排気通路１８には燃焼室１６との間を開閉する吸気バルブ１９と排気バルブ２０を往復動可能に設け、吸気バルブ１９と排気バルブ２０をクランクシャフト１５に連動して回転する吸気カムシャフト２1と排気カムシャフト２２によって駆動する。

吸気通路１７の途中にはスロットルバルブ２３を回動可能に設け、スロットルバルブ２３にはモータなどのアクチュエータ２４を接続する。吸気通路１７を流れる空気の量は、スロットルバルブ２３の回動角度であるスロットル開度に応じて変化させ、スロットル開度は、ドライバが操作するアクセルペダル２５の踏込み量などに応じてアクチュエータ２４を駆動して調整する。

各シリンダ１１には電磁式の燃料噴射弁２６を取り付け、各燃料噴射弁２６には図示しない燃料ポンプから吐出する高圧燃料を供給する。各燃料噴射弁２６は開閉制御して対応する燃焼室１６に高圧燃料を直接噴射供給する。燃料噴射弁２６から噴射された燃料は、燃焼室１６内の空気と混ざり合って混合気となる。
また、各シリンダ１１には点火プラグ２７を取り付け、点火プラグ２７をイグナイタ２８の点火信号によって駆動する。点火プラグ２７には点火コイル２９が出力する高電圧を印加し、これより点火プラグ２７の火花放電によって混合気を着火、爆発、燃焼する。
このとき生じた高温高圧の燃焼ガスによりピストン１３を往復動し、クランクシャフト１５を回転してエンジン２の出力を得る。

クランクシャフト１５の近傍にはクランクシャフト１５が一定角度回転する毎にパルス信号を発生するクランク角センサ３０を設ける。クランク角センサ３０の信号はクランクシャフト１５の回転角度であるクランク角や、単位時間当たりのクランクシャフト１５の回転速度であるエンジン回転速度の算出などに用いる。また、シリンダブロック１２にはエンジン２内部を流れる冷却水の温度を検出する水温センサ３１を設ける。

スロットルバルブ２３の近傍にはスロットル開度を検出するスロットルセンサ３２を設け、スロットルセンサ３２にはスロットルバルブ２３が全閉状態となったときにオンとなる図示しないアイドルスイッチを設ける。吸気通路１７内のスロットルバルブ２３下流には吸入空気の圧力を検出する吸気圧センサ３３を設け、排気通路１８の途中には排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ３４を設ける。酸素センサ３４の出力信号は混合気が理論空燃比に対して濃い（リッチ）か、薄い（リーン）かの判定に用いる。
車室内にはアクセルペダル２５の踏込み量を検出するアクセルセンサ３５を設け、車両には車両スピードを検出する車速センサ３６を設ける。

ＥＣＵ３は、上記各種センサの検出値とＲＯＭに記憶されている制御プログラムや初期データに基づいてＣＰＵが演算処理を行い、演算結果に応じてエンジン２の各部の制御を実施する。ＥＣＵ３が行う制御には、エンジン２の空燃比制御を含む燃料噴射制御、点火時期制御などがある。

燃料噴射制御は、エンジン２の状態を検出する各種センサの信号からエンジン２の作動に必要な燃料量を算出し、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比に近づくように燃料の噴射量を制御する。噴射量は燃料噴射弁２６の通電時間（開弁時間）によって決定される。

点火時期制御は、エンジン２の運転状態に応じてイグナイタ２８を制御することにより、各点火プラグ２７を作動させて各燃焼室１６における混合気の点火時期を制御する。

図３に、エンジン再生処理の流れ図を示す。
まず、エンジンを始動し、アクチュエータ２４を作動してエンジンの回転数をアイドルから順次上昇させ、エンジンの状態（排出ガス、ＥＣＵ制御量等）を評価して汚れと磨耗による回転変動の大きい（例えば１０％以上）回転域を検出する（ステップ１０１）。
次に、エンジンを停止してエンジンオイルを完全に抜き取り、送油系統切替回路８６ａを作動して送油経路に切替え、所定量（例えばエンジンオイルと同量）の溶剤を注入する（ステップ１０２）。
次に、再生系統切替回路８６ｂを作動して再生経路に切替え、圧力発生部８２を作動して溶剤をエンジン各部に圧送し、エンジンを始動してアイドリングで回収油温計測部８５の温度が所定の温度（例えば７０℃以上）になるまで暖気運転する（ステップ１０３）。
次に、アクチュエータ２４を作動してエンジンの回転数を回転変動の大きい回転域まで順次上昇させ、回収油温計測部８５の温度が所定（例えば７０〜１１０℃）の範囲で流量計測部８４の流量が所定量（例えば５．０?／分）を回復するまでその回転数を維持し、磨耗部分に堆積・固着した汚れを溶解・洗浄する処理を検出した全ての回転域において行う（ステップ１０４）。
次に、エンジンを停止し、回収系統切替回路８６ｃを作動して回収経路に切替え、圧力発生部８２を作動してエンジン内部の溶剤を全て回収する（ステップ１０５）。
次に、オイルフィルタを交換して新しいエンジンオイルを注入する（ステップ１０６）。
次に、エンジンを始動し、アクチュエータ２４を作動してエンジンの回転数を回転変動の大きい回転域まで順次上昇させ、以下に述べる磨耗修復剤の注入処理を、検出した全ての回転域において行う（ステップ１０７）。

図４に、上記ステップ１０７における磨耗修復剤の注入処理の流れ図を示す。
まず、その回転域の磨耗度が大（例えば排出ＨＣが１５００ｐｐｍ以上）かどうか判定する（ステップ２０１）。
大であればディスペンサ９１を作動して粒径Ｌ（例えば０．１〜１μ）の磨耗修復剤を注入し（ステップ２０２）、大でなければその回転域の磨耗度が中（例えば排出ＨＣが１０００〜１５００ｐｐｍ）かどうか判定する（ステップ２０３）。
中であれば粒径Ｍ（例えば０．０１〜０．１μ）の磨耗修復剤を注入し（ステップ２０４）、中でなければ粒径Ｓ（例えば０．０１μ以下）の磨耗修復剤を注入する（ステップ２０５）。
次に、アクチュエータ２４を作動してその回転数を一定時間維持した後、修復完了（例えば排出ＨＣが８００ｐｐｍ以下）かどうか判定し（ステップ２０６）、修復完了であれば処理を終了し、修復完了でなければステップ２０１に戻って以上の処理を繰り返す。

本発明を実施した非分解エンジン再生装置の構成図である。エンジンの模式図である。エンジン再生処理の流れ図である。磨耗修復剤の注入処理の流れ図である。ピストンリングの動きを説明する図である。

符号の説明

１本体
２エンジン
３ＥＣＵ
４排出ガスセンサ
５エンジン再生総合制御部
６エンジン制御入出力データ処理部
７排出ガス計測部
８送油・再生・回収機構
８１溶剤吸引口
８２圧力発生部
８３フィルタ
８４流量計測部
８５回収油温計測部
８６ａ送油系統切替回路
８６ｂ再生系統切替回路
８６ｃ回収系統切替回路
８７ａ送油ボタン
８７ｂ再生ボタン
８７ｃ回収ボタン
８７ｄ緊急停止ボタン
９磨耗修復制御部
９１ディスペンサ
９２粒径選択回路
１１シリンダ
１２シリンダブロック
１３ピストン
１４コンロッド
１５クランクシャフト
１６燃焼室
１７吸気通路
１８排気通路
１９吸気バルブ
２０排気バルブ
２１吸気カムシャフト
２２排気カムシャフト
２３スロットルバルブ
２４アクチュエータ
２５アクセルペダル
２６燃料噴射弁
２７点火プラグ
２８イグナイタ
２９点火コイル
３０クランク角センサ
３１水温センサ
３２スロットルセンサ
３３吸気圧センサ
３４酸素センサ
３５アクセルセンサ
３６車速センサ
Ｐ１オイル注入口
Ｐ２オイル排出口
Ｐ３オイルレベルゲージ穴
Ｒリレースイッチ
ａホース
ｂチューブ
ｃケーブル

Claims

エンジンのオイル潤滑系統ラインに溶剤の注入・圧送・回収経路と磨耗修復剤の注入経路を接続すると共に、
車載ＥＣＵの通信インタフェースと外付けの排出ガス測定器にデータ伝送路を接続し、
アイドリングから所定回転域に至るまでエンジンの回転数を順次定速回転により上昇させ、各回転域におけるＥＣＵの制御データと排出ガス測定器の測定データを評価してエンジン内部の汚れと磨耗による回転変動を検出し、再生すべき目標回転域を設定する設定手段と、
エンジンオイルを抜き去った後、溶剤を注入して溶剤の温度が所定温度以上になるまでアイドリングでエンジンを暖気する暖気手段と、
エンジンの回転数を順次定速回転により上昇させ、前記目標回転域においてエンジンの回転数に追従する流量の溶剤を圧送してエンジン内部の汚れを溶解・洗浄する溶解・洗浄手段と、
溶剤を回収し、エンジンオイルとオイルフィルタを交換した後、エンジンの回転数を順次定速回転により上昇させ、前記目標回転域において磨耗修復剤を注入してエンジンの磨耗を修復・再生する修復・再生手段と、
を備えて非分解によるエンジン再生を可能ならしめることを特徴とする非分解エンジン再生装置。
前記設定手段はＥＣＵから取得したエンジン回転数とスロットル開度に基づいて前記回転変動を検出することを特徴とする請求項１記載の非分解エンジン再生装置。
前記設定手段は排出ガス測定器から取得したクランクケース残留ＨＣに基づいて前記回転変動を検出することを特徴とする請求項１記載の非分解エンジン再生装置。
前記溶解・洗浄手段は溶剤の温度が７０〜１１０℃の範囲で処理することを特徴とする請求項１記載の非分解エンジン再生装置。
前記溶解・洗浄手段は溶剤の流量が所定の流量を回復した時点で各目標回転域における処理を終了することを特徴とする請求項１記載の非分解エンジン再生装置。
前記修復・再生手段は各目標回転域における磨耗度に応じて注入する磨耗修復剤の粒径を選択することを特徴とする請求項１記載の非分解エンジン再生装置。
前記修復・再生手段は排出ガス測定器から取得したクランクケース残留ＨＣに基づいて各目標回転域における磨耗度を判定することを特徴とする請求項１記載の非分解エンジン再生装置。
前記溶剤は１００％化学合成油のオイル系溶剤であることを特徴とする請求項１記載の非分解エンジン再生装置。
前記磨耗修復剤は本出願人が先に出願した摩擦調整剤であることを特徴とする請求項１記載の非分解エンジン再生装置。
エンジンのオイル潤滑系統ラインに溶剤の注入・圧送・回収経路と磨耗修復剤の注入経路を接続すると共に、
車載ＥＣＵの通信インタフェースと外付けの排出ガス測定器にデータ伝送路を接続し、
アイドリングから所定回転域に至るまでエンジンの回転数を順次定速回転により上昇させ、各回転域におけるＥＣＵの制御データと排出ガス測定器の測定データを評価してエンジン内部の汚れと磨耗による回転変動を検出し、再生すべき目標回転域を設定するステップと、
エンジンオイルを抜き去った後、溶剤を注入して溶剤の温度が所定温度以上になるまでアイドリングでエンジンを暖気するステップと、
エンジンの回転数を順次定速回転により上昇させ、前記目標回転域においてエンジンの回転数に追従する流量の溶剤を圧送してエンジン内部の汚れを溶解・洗浄するステップと、
溶剤を回収し、エンジンオイルとオイルフィルタを交換した後、エンジンの回転数を順次定速回転により上昇させ、前記目標回転域において磨耗修復剤を注入してエンジンの磨耗を修復・再生するステップと、
を経て非分解によるエンジン再生を可能ならしめることを特徴とする非分解エンジン再生方法。